[发明专利]一种适用于微波整流天线阵列的能量管理方法

说明书

本发明公开一种适用于微波整流天线阵列的能量管理方法，属于电通信的技术领域。本发明以优化系统接收端为目标，提高接收端能量利用效率。首先，通过实验得到系统接收端能量分布情况，根据该能量分布情况对接收端能量分布进行模型建立并对接收端能量分布进行数据化处理；其次，对通过实验所得的微波整流电路特性进行研究，总结出整流电路的电气外特性，提出了微波整流电路的优化工作条件；最后，基于以上提出的接收端能量分布模型和整流电路外特性，本发明提出了接收端整流天线阵列的能量管理策略：为达到整流电路的最优工况，通过所提出的算法得到最优电气连接，以实现整流端能量的优化利用，能够很好的满足微波无线传能系统接收端的要求。

技术领域

本发明公开一种适用于微波整流天线阵列的能量管理方法，属于电通信的技术领域。

背景技术

无线能量传输技术是通过电能以外其它形式的能量载体，实现能量在三维立体环境中无直接电气接触的精准传输的新型能量传输方式，具有传输距离可调控、移动目标可跟踪等特点，在武器装备、消费电子、生物医疗等领域具有广阔的应用前景，具有重要的战略意义。微波无线能量传输(MPT,Microwave Power Transmission)是无线能量传输技术的一种形式，通过电磁波在自由空间内传输电能，在给平流层飞艇、无人机等高空飞行器和微小型机器人的供电等远距离多目标供电方面有非常可观的应用前景。由于微波电能是在自由空间内无线传输，传输损耗较小，对传输效率有所影响的只有大气等自然损耗，因此微波技术目前是国内外的研究热点之一，在军事、航空航天等方面有着广阔的发展前景。

微波能量传输系统由微波发射端和微波接收端两部分构成。微波接收整流端为微波无线电能传输系统的重要组成部分，图1(a)所示为微波接收整流端的通用结构，远距离传输过来的微波能量被整流天线阵列接收，整流电路将天线接收到的微波能量转换为直流电能供给负载使用。整流电路的转换效率对系统整体转换效率有着直接影响；另一方面，整流天线多为阵列形式，多个整流天线接收到的功率因自身位置不同而不同，因而每个整流电路的输出都是不同的。因此，研究微波整流电路的外特性进而将多个整流电路进行结合对增大整流端的输出功率、提高效率、减少后级变换器数量有很大帮助。因此，本发明旨在提出一种优化的整流电路串并联方式来实现微波能量传输系统接收端的能量整合。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提出一种适用于微波整流天线阵列的能量管理方法，通过建立微波无线能量传输系统接收端的能量分布模型，对微波整流电路外特性进行分析，并在前两者的基础上设计快速简洁的排序算法来寻找微波整流阵列的最优化电气布局即串并联组合方式，通过有效整合接收端能量的方式实现最大化系统接收端天线阵列输出功率、提高系统整体转换效率及集成度的发明目的，解决现有微波接收整流端效率不高的技术问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种关于微波无线能量传输系统接收端能量分布的建模分析和管理方法，包括如下步骤：

(1)对接收端能量分布进行建模：

对接收天线用坐标方式确定其位置信息，将整流阵列中每个整流天线简化为一个点，用(x,y)描述该点的坐标，令波束中心为坐标原点(0,0)，每个整流天线到相邻天线点的横纵距离均为1。用如下关系式拟合接收端的能量分布：

其中，G_x,y为(x,y)处整流天线接收到的微波功率；G_0,0为波束中心处的微波功率；r*为接收天线发射波束的半功率波束半径与天线尺寸之比，代表将天线尺寸设为1后标幺化的半功率波束半径；d_x,y为(x,y)与波束中心的距离。

如此，通过上述模型便能分析出整个系统接收端的能量分布情况。