非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法技术

本发明专利技术涉及一种非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法，包括步骤一、获得基于肖特基二极管整流电路的特性曲线，选取整流电路工作效率较高时的输入功率作为射频合成的目标功率；步骤二、提出接收天线单元连接编码规则，采用遗传算法将接收天线功率按目标功率进行分组射频合成，使后端对应整流支路的输入功率区域均匀化；步骤三、提出整流电路单元链接编码规则，基于遗传算法动态优化整流单元串、并联结构，实现负载匹配，从而达到最优微波无线传输系统的能量传输效率。本发明专利技术能够分区优化射频合成、将均匀化后的功率分别进行整流、再做优化直流合成的改进方法，提高非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率变换与合成效率。成效率。成效率。

【技术实现步骤摘要】
非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法


[0001]本专利技术涉及微波整流天线阵列功率合成
，特别指一种非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法。

技术介绍

[0002]微波无线能量传输是一种新型传输供电技术，在线缆不易或无法架设的区域具有良好的应用前景。如要进行大功率远距离的能量传输，通常采用大规模阵列接收整流天线。由于微波传播的固有特性，在接收阵列天线上形成不均匀功率分布。RF
‑
DC整流电路具有显著的非线性特性，非均匀接收功率分布将使后端整流电路中不同支路的转换效率不同，过强或过弱的输入功率甚至还会影响整流电路的工作状态，使得微波无线能量传输系统的效率偏低。
[0003]对于大型接收阵列，还需要考虑功率合成问题。目前，整流天线功率合成主要有两种形式：
[0004]1)射频合成：先对接收天线所有单元接收到的微波功率进行合成，再统一整流；
[0005]2)直流合成：先对接收天线每个单元接收到的微波功率进行单独整流，再将直流单元串并联进行功率合成。
[0006]多路射频合成存在不同相位相互削弱的问题，也可能因合成功率过强导致整流器件损坏]。直流合成的问题在于微波输入功率较弱的单元整流二极管不导通，此外功率输入差异较大的整流单元串并联后造成内部损耗过大。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法，即一种分区优化射频合成、将均匀化后的功率分别进行整流、再做优化直流合成的改进方法，提高非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率变换与合成效率。
[0008]非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、获得基于肖特基二极管整流电路的特性曲线，选取整流电路工作效率较高时的输入功率作为射频合成的目标功率；
[0010]步骤二、提出接收天线单元连接编码规则，采用遗传算法将接收天线功率按目标功率进行分组射频合成，使后端对应整流支路的输入功率区域均匀化；
[0011]步骤三、提出整流电路单元链接编码规则，基于遗传算法动态优化整流单元串、并联结构，实现负载匹配，从而达到最优微波无线传输系统的能量传输效率。
[0012]进一步地，在步骤一中，在进行功率合成前，分析整流电路输入功率与转换效率、输出伏安关系特性，确定射频功率合成的优化目标。
[0013]进一步地，基于肖特基二极管整流电路的特性曲线包括单个整流电路的输入
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输出特性，整流电路串联、并联的输入
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输出特性。
[0014]本专利技术具有如下优点：本专利技术提出天线单元连接编码规则，采用遗传算法将接收
天线单元按目标功率进行分组和射频合成，使得各组射频合成后的微波功率均匀化，然后将其分别整流；提出整流电路连接编码规则，基于遗传算法，以负载匹配为目标对整流电路进行动态串并联优化，直流合成后实现最优转换效率；在进行功率合成前，还分析了整流电路输入功率与转换效率、输出伏安关系等特性，从而确定射频功率合成的优化目标。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法流程示意图；
[0016]图2是本专利技术基于肖特基二极管的整流电路特性分析中整流电路性能测试系统的等效电路模型示意图；
[0017]图3是整流电路负载侧在不同输入功率下的伏
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安特性曲线示意图；
[0018]图4是整流电路在不同负载下输入功率
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转换效率特性曲线示意图；
[0019]图5是整流电路串联特性曲线示意图；
[0020]图6是整流电路并联特性曲线示意图；
[0021]图7是远距离微波无线能量传输系统构成与接收功率分布示意图；
[0022]图8是接收天线单元射频功率合成结构编码示意图；
[0023]图9是非均匀功率分布和优化分组功率示意图；
[0024]图10是整流电路串并联结构编码示意图；
[0025]图11是整流电路动态串并联结构优化流程图示意图；
[0026]图12是接负载整流电路的最优结构示意图；
[0027]图13是最优电路结构对应的特性曲线示意图。
具体实施方式
[0028]本专利技术的具体实施方式：
[0029]非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一、获得基于肖特基二极管整流电路的特性曲线，选取整流电路工作效率较高时的输入功率作为射频合成的目标功率；
[0031]步骤二、提出接收天线单元连接编码规则，采用遗传算法将接收天线功率按目标功率进行分组射频合成，使后端对应整流支路的输入功率区域均匀化；
[0032]步骤三、提出整流电路单元链接编码规则，基于遗传算法动态优化整流单元串、并联结构，实现负载匹配，从而达到最优微波无线传输系统的能量传输效率；
[0033]具体流程如图1所示。
[0034]一、基于肖特基二极管的整流电路特性分析
[0035]微波整流电路中整流二极管的性能决定了整流电路转换效率，因为具有低导通电压和低结电容等优点，肖特基二极管被广泛应用在微波无线能量传输的整流电路中。对单个及纯串联、纯并联整流电路的输入
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输出特性分析，为后续动态优化整流串并联结构设计奠定基础。
[0036]1.1单个整流电路的输入
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输出特性
[0037]本文搭建由信号发生器、功率放大器、基于Hmsm2710肖特基二极管的整流电路、电
阻箱以及测量设备组成整流电路实测系统，得到其输入
‑
输出特性，图2为其等效电路模型。
[0038]首先，调节整流电路输入功率分别为16dBm、20dBm、24dBm、28dBm，在每个给定输入功率下改变负载电阻的大小，得到对应的负载侧伏
‑
安特性曲线，如图3所示，在较小功率输入情况下，整流电路输出侧的伏
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安关系具有较好的线性度；随着功率输入增大，当输出侧电压增大时伏
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安曲线非线性增强。输入功率为28dBm时，当电压大于12V后电流迅速下降，原因是整流二极管可能被击穿。
[0039]然后，调节负载电阻分别为400Ω、800Ω、1200Ω、2000Ω、3000Ω，在给定负载下改变输入功率的大小，得到对应的输入功率与整流电路转换效率的P
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η关系曲线，其中整流电路转换效率η定义为负载吸收功率与整流电路输入功率的百分比，如图4所示，对于某一给定负载，在输入功率增大的过程中，转换效率先增大后减小，即存在最佳输入功率；对于某一给定输入功率，在负载增大的过程中，转换效率也是先增大后减小，亦存在最佳匹配负载。
[0040]通过上述实验，发现该整流电路在16dBm(即40mW)的输入功率下，其负载侧伏<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非均匀功率分布的微波整流天线阵列功率合成优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获得基于肖特基二极管整流电路的特性曲线，选取整流电路工作效率较高时的输入功率作为射频合成的目标功率；步骤二、提出接收天线单元连接编码规则，采用遗传算法将接收天线功率按目标功率进行分组射频合成，使后端对应整流支路的输入功率区域均匀化，将其分别整流；步骤三、提出整流电路单元链接编码规则，基于遗传算法动态优化整流单元串、并联结构，实现负载匹配，从而达到最优微波无线传输系统的能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建楠，舒梽卿，陈宇立，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：