一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统和方法，属于发电、变电或配电的技术领域。接收端的多个目标设备需要供电时，将各目标设备的导引信号和功率信号调制成导引功率信号形成多频点导引功率信号；发射端提取多通道接收的多频点导引功率信号的功率和幅值信息，根据目标设备导引信号的幅值信息生成目标设备的发射端阵列归一化幅值权重矩阵，根据该目标设备的功率信息确定发射端的输出功率，对导引信号和两倍频的本振信号进行混频器处理得到与导引信号相位共轭的合成信号，根据每一路的功率信息和幅值权重信息进行功率放大形成多路多频点的馈电信号，经过发射天线阵列形成多个不同频点的波束，同时对多个目标设备进行跟踪传能。目标设备进行跟踪传能。目标设备进行跟踪传能。

【技术实现步骤摘要】
一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统和方法


[0001]本专利技术属于无线电能传输技术，涉及一种多目标微波无线能量传输的系统和方法，特别是公开一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统和方法，属于发电、变电或配电的


技术介绍

[0002]无线能量传输技术是一项具有重要价值的充电技术，可以为移动电话、笔记本电脑、电动汽车、发光二极管等设备进行充电。现有的WPT技术按照能量传输载体的不同以及传输距离的远近主要可以分为以下两大类：近距离无线传能和远距离无线传能。近距离无线传能主要有电场耦合式、磁感应耦合式，磁耦合谐振式；远距离无线传能主要有激光式和微波式。
[0003]微波无线能量传输是一种以微波频段的电磁波为能量传输载体，利用电磁波相干特性，实现能量在自由空间定向远距离传输的传能方式，具有传输功率大，受气候影响小等优点，既可对单一目标大功率传能(如大型固定翼无人机)，又可对多个目标同时快速传能(如无人机蜂群)，从而实现了点对点和点对体的全覆盖实时远距离无线传能。目前微波无线能量传输系统单模块功放缺乏幅相控制、空间辐射定向性差、接收端能量转换效率低、缺乏针对多目标的系统层级能量管控，这些问题成为制约该技术应用的瓶颈。因此围绕优化能量传输效率的目标，对MPT关键技术的研究具有重要的理论意义和应用价值。
[0004]时间反转是一种新型的自适应空间电磁波传输技术，利用该技术可自适应地在位置未知的目标设备处产生电磁“点聚焦”场，时间反转在频域上显示为相位共轭。申请号为201710142293.0的专利技术专利，公开了一种基于时间反演的分布式无线能量传输方法，利用接收端的信标天线发射电磁波信号，金属丝线阵作为传输载体，运用时间反演，实现了在封闭曲折环境内的能量高效传输，但是有很大的局限性。申请号为201010568332.1的专利技术专利，公开了一种基于时间反演的无线传感器网络节点无线充电系统和方法，其基于短脉冲的宽带TR技术，为无线传感器网络节点进行充电，但是利用TR短脉冲传输能量存在能量传输不稳定、TR物理实现困难等缺陷。
[0005]申请号为201611006929.0的专利技术专利，其公开了一种基于聚焦波的微波窄带无线输能方法及装置，利用窄带或单频信号代替短脉冲进行TR输能，成功使TR能量传输变得持续、稳定且易实现，但是，该专利只解决了单目标的无线输能问题，对多目标选择性输能并未给出解决方案。
[0006]专利技术专利201810580750.9公开了一种基于聚焦波的多目标选择性无线输能方法及装置，提供了一种对多个目标发射的导引信号进行有效处理的方法，但该专利技术要求多个目标依次发射充电请求信号，从而要求多个目标设备以及无线能量发射设备通过互相通信实现排队。
[0007]如何对多个目标设备同时发射的多个导引信号，形成多个方向回溯波束同时聚焦对多个目标设备供电是一个有待解决的问题，现有的方向回溯方式只关注相位，忽略了发
射端天线阵列单元幅度对系统聚焦的影响，并且无法通过导引信号获取目标设备的功率反馈，存在不同远近目标设备功率传输的不均匀性问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统与方法，通过在导引信号中调制目标设备的功率信息，导引信号的幅值信息确定各通道发射功率的分布情形，进而根据各通道发射功率的分布情形生成自适应目标设备功率信息的可变增益，通过自适应目标设备功率信息的可变增益调节各通道发射波束的功率以满足目标设备的功率需求，实现不同远近目标设备功率传输的近场聚焦并对多个目标设备进行跟踪传能的专利技术目的，解决方向回溯方式的无线微波能量传输方式近场聚焦效果不佳的技术问题。
[0009]本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：
[0010]一种近场聚焦的多目标自适应跟踪无线能量传输系统与方法，包括如下步骤：
[0011](1)接收端的N个目标设备需要供能时，在特定的频段内选择不同的频点作为导引信号的频率，第i个设备的导引信号频率为f
i
；
[0012](2)功率采样模块时时获取目标设备的功率信息，调制器将功率信息与导引信号进行小周期大间隔的调制，生成导引功率信号并送至天线辐射出去；
[0013](3)发射端是含M个天线单元的阵列，接收天线将导引功率信号送至解调器得到目标设备功率信号和导引信号，再对导引信号进行鉴幅得到其幅值信息，将功率信息和导引信号的幅度信息送至FPGA主控器，主控器生成对应目标设备i的发射端阵列幅值权重矩阵即每一路发射通道的幅值权重并根据目标设备功率信息确定发射端输出功率。
[0014](4)导引功率信号与两倍频率的本振信号进行混频，产生与入射导引功率信号相位共轭的合成信号。
[0015](5)对合成信号进行二倍频，根据主控器中的功率信息和时变幅值权重信息进行幅值控制，形成多路多频点的馈电信号，经过发射天线进行能量辐射。
[0016](6)接收端天线阵列将接受到的射频功率送至整流器进行整流，获得得直流功率给各目标设备供电，然后功率采集模块对负载的功率信息进行采集，重复上述步骤至供电完成。
[0017]一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统，包括：
[0018]多个目标设备，以特定频段被互不相同的N个频点f1,f2,
…
f
N
同时发送一个单频导引功率信号，并同时接收特定频段内的微波能量；及，
[0019]无线能量发射设备，从M通道接收的N频点导引功率信号中提取M个通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息，对M个通道接收的导引信号进行混频操作得到携带有M个通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号，对携带有M个通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号进行倍频处理得到M个通道的反向功率信号，依据M个通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息生成M个通道的归一化幅值权重矩阵，根据M个通道的归一化幅值权重矩阵对M个通道的的反向功率信号进行功放处理后得到M路N频点馈电信号，将M路N频点馈电信号合成N个频点f1,f2,
…
f
N
的波
束后分别输送至各目标设备。
[0020]进一步地，一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统中，无线能量发射设备包括：
[0021]M单元天线阵列，接收N个设备发送的单频点导引功率信号后形成M路N频点导引功率信号，接收M路N频点馈电信号后形成N个不同频点的波束分别指向N个目标设备；
[0022]M个解调器，对M单元天线阵列输出的M路N频点导引功率信号进行解调处理，输出M路目标设备的功率信号以及导引信号；
[0023]M个鉴幅器，提取M路目标设备导引信号的幅值信息；
[0024]M个混频器，对M路目标设备的导引信号进行混频操作，输出M路带有导引信号共轭相位信息的下边带信号；
[0025]M个倍频器，对M路带有导引信号共轭相位信息的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输方法，其特征在于，发射端多通道接收多个目标设备发送的单频点导引功率信号在传输空间相互叠加形成的多频点导引功率信号，然后从多通道接收的多频点导引功率信号中提取各通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息，对各通道接收的导引信号进行混频操作得到携带有各通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号，对携带有各通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号进行倍频处理得到各通道的反向功率信号，依据各通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息生成归一化幅值权重矩阵，根据所述归一化幅值权重矩阵对各通道的反向功率信号进行功放处理后得到多路多频点馈电信号，将多路多频点馈电信号转换为包含各目标设备导引信号频点的电磁波波束后辐射至各目标设备。2.根据权利要求1所述一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输方法，其特征在于，所述多个目标设备发送的单频点导引功率信号通过调制各目标设备发送的导引信号和功率信号得到，各目标设备发送的导引信号为特定频段内不同频点的单频导引信号。3.根据权利要求1所述一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输方法，其特征在于，对各通道接收的导引信号进行混频操作的具体方法为：将各发射通道接收的导引信号与两倍该导引信号频率的本振信号进行混频操作。4.根据权利要求1所述一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输方法，其特征在于，根据所述归一化幅值权重矩阵对各通道的反向功率信号进行功放处理的具体方法为：根据所述归一化幅值权重矩阵确定各通道的功放增益，对各通道的反向功率信号按照对应通道的功放增益进行放大处理。5.一种近场聚焦的多目标自适应微波能量传输系统，其特征在于，包括：多个目标设备，以特定频段被互不相同的N个频点f1,f2,
…
f
N
同时发送一个单频导引功率信号，并同时接收特定频段内的微波能量；及，无线能量发射设备，从M通道接收的N频点导引功率信号中提取M个通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息，对M个通道接收的导引信号进行混频操作得到携带有M个通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号，对携带有M个通道接收的导引信号的共轭相位信息的下边带信号进行倍频处理得到M个通道的反向功率信号，依据M个通道接收的目标设备功率信息以及目标设备导引信号的幅值信息生成M个通道的归一化幅值权重矩阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金科，丁剑英，李星，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：