【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线能量传输效率领域，尤其涉及一种宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法。
技术介绍
1、随着微波能量传输(mpt)研究的不断深入，低功耗、小型化无线传感设备得以发展。射频能量收集为无线传感设备能源供应提供了新的思路,解决了无线传感网络供电的问题。射频能量收集系统中最关键的部分就是整流天线，它主要由接收天线和整流电路构成,能够将环境中的低输入射频功率(radio frequency,rf)转换为可用的直流功率(direct current,dc),其整体性能直接决定着整个系统的能量收集效率。
2、当前对无线能量收集系统接收天线的研究主要以宽频带和多极化为主，最终目的是尽可能多的收集空间中的射频能量，提高整流效率，而忽略了整流天线设计中电源运动或随机位置的实际问题，特别是在低入射功率情况下。在宽入射角中捕获能量的常见方法是使用多波束天线阵列或多个子阵列从不同方向接收功率，然后采用rf组合或dc组合。例如,在e.vandelle,d.h.n.bui,t.vuong,g.ardila；k.wu,and s.hemour,“harvestingambientrfenergy efficiently with optimal angular coverage,”ieeetrans.antennas propag.,vol.67,no.3,pp.1862–1873中，提出了由用于收集环境rf能量的五个垂直子阵列组成的圆柱形天线阵列。印刷在圆柱体外表面的5×4贴片天线不仅可以在h平面内提供由5个波瓣叠加而成的准全向辐
3、一般而言，如果整流天线体积更小会更便于集成，这样整流天线需要工作于更高的频率，相应的能量转换效率势必会有所下降。不同的应用场景对整流天线有不同的要求，如何在达到较高能量转换效率之外，做到接收天线小型化的同时保持在宽角度范围内保持高效率一直是整流天线的难点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，通过构建天线模型进行仿真，通过数学矩阵中的最大特征值和特征向量得出系统功率的最大传输效率，进而获得期望的天线赋形效果。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，使得系统功率传输效率最大化的同时，在开放区域中产生期望的宽角度覆盖的平顶赋形效果,方法包括：
4、构建发射天线阵列模型和接收天线阵列模型，进行全波仿真；
5、根据所述全波仿真结果，获得天线系统的散射矩阵s；
6、根据所述散射矩阵s计算得到目标赋形效果在天线系统传输效率tarray最大情况下对应的最佳激励分布；
7、根据所述最佳激励分布并基于微带线理论，设计得到阵列天线共面馈电网络；
8、可选的，得到阵列天线共面馈电网络之后，测量实际的远场方向图，用于验证判断阵列天线是否达到预期赋形效果。
9、可选的，所述发射天线阵列模型采用6个矩形微带贴片天线作为发射天线单元，组成1*6的线阵；
10、所述接收阵列天线模型采用n个金属半波偶极子作为接收天线单元，用于模拟电源的分布；
11、所述发射天线单元按照相等间距水平依次排列在介质基板上。
12、可选的，所述间距为0.4λ0；
13、其中，λ0表示工作中心的波长。
14、可选的，两个相邻所述金属半波偶极子的夹角为α，最外侧两个所述金属半波偶极子之间的夹角为(n-1)α；
15、其中，n为金属半波偶极子的个数，α为两个相邻所述金属半波偶极子之间的夹角。
16、可选的，所述发射阵列天线模型的工作频率为5.8ghz。
17、可选的，所述获得天线系统的散射矩阵s，具体过程为：
18、
19、其中，stt表示传输天线之间的反射系数，str和srt表示接收阵列天线和传输天线之间的电压传输系数，srr表示接收阵列天线之间的反射系数。
20、可选的，根据所述散射矩阵s，并根据自身需求引入矩阵w，计算获得所述最佳激励分布，具体如下式：
21、at＝a-1srth(srta-1srth)-1wy
22、其中，at表示最佳激励分布，a＝[srt]h[srt]，a-1表示a的逆矩阵，srth表示srt的共轭转置矩阵，(srta-1srth)-1表示srta-1srt的逆矩阵，w表示加权系数对角矩阵，加权对角矩阵的对角线上的每一个加权系数对应着一个接收天线所在位置，y表示控制权重的列向量，默认设为全1。
23、可选的，所述天线系统传输效率tarray为接收阵列天线接收到的功率与输入到发射阵列天线的功率的比值，用下式表示：
24、
25、其中，br表示归一化后接收阵列天线的反射波，ar表示归一化后发射阵列天线的入射波，at表示最佳激励分布，bt表示归一化后发射阵列天线的反射波。
26、当接收天线阵列各个单元都匹配时，则[ar]＝0，得到下式：
27、
28、可选的，在计算所述天线系统最佳激励分布at之前，还需要约束每个所述金属半波偶极子接收到的功率相等，具体约束如下：
29、
30、s.t.|bi|2＝c,i＝1,2,...,n,
31、其中，max tarray表示整个系统的传输效率达到最大，x表示[at]，上标h表示埃尔米特运算，s.t.表示subject to的缩写，表示约束条件，|bi|2表示由第i个金属半波偶极子接收的功率，c表示一个常数，n表示金属半波偶极子的个数，是自然数。
32、第二方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述方法的步骤。
33、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
34、1、本专利技术通过构建天线模型进行仿真，通过数学矩阵中的最大特征值和特征向量得出系统功率的最大传输效率，通过引入加权对角矩阵w，所述加权对角矩阵w的对角线上的每一个加权系数对应着一个接收阵列天线所在位置，从而控制相邻金属半波偶极子之间的夹角(分离角)，修改接收阵列天线接收到的功率权重系数控制二维平顶赋形方向增益图，使其能够满足在相同距离下，当电源在h面从-45°移动到+45°时，输出直流电压值保本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述发射天线阵列模型采用6个矩形微带贴片天线作为发射天线单元，组成1*6的线阵；
3.根据权利要求2所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述间距为0.4λ0；
4.根据权利要求2所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，两个相邻所述金属半波偶极子的夹角为α，最外侧两个所述金属半波偶极子之间的夹角为(n-1)α；
5.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述发射阵列天线模型的工作频率为5.8GHz。
6.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述获得天线系统的散射矩阵S，公式为：
7.根据权利要求6所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，根据所述散射矩阵S，并根据自身需求引入矩阵w，计算获得所述最佳激励分布，具体如下式：
8.根据权利
9.根据权利要求8所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，在计算所述天线系统最佳激励分布at之前，约束每个金属半波偶极子接收到的功率相等，具体可以表示成一个二次约束问题，如下所示：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-9任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述发射天线阵列模型采用6个矩形微带贴片天线作为发射天线单元，组成1*6的线阵；
3.根据权利要求2所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述间距为0.4λ0；
4.根据权利要求2所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，两个相邻所述金属半波偶极子的夹角为α，最外侧两个所述金属半波偶极子之间的夹角为(n-1)α；
5.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述发射阵列天线模型的工作频率为5.8ghz。
6.根据权利要求1所述的宽角度覆盖平顶波束整流阵列天线赋形方法，其特征在于，所述获...
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