[发明专利]一种高频时分多目标微波无线能量传输系统

说明书

本发明公开一种高频时分多目标微波无线能量传输系统，涉及微波无线传能、相控阵多目标定向辐射技术，属于发电、变电或配电的技术领域。该方法基于相控阵定向辐射技术提出了一种简单易用的对多目标同时传递能量的多目标微波无线能量传输系统，发明提出在实现对单目标分别定向辐射的基础上使用高频控制信号强制切换波束角度，使波束在多个受能目标间高频跳转，此外本发明公开基于上述硬件发射方案的功率发射和分配算法，为每个受能目标精确提供其所需功率，使用特殊设计的滤波器，使每个受能目标在时域同时接收到所需功率大小的平稳直流电压。所提出的方案具有控制结构简洁易于实现，定向辐射效果好，传输效率高等优质特点。

技术领域

本发明公开一种高频时分多目标微波无线能量传输系统，涉及微波无线传能、相控阵多目标定向辐射技术，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

微波无线能量传输(MPT，Microwave Power Transmission)是以电磁波为能量传输载体，实现能量定向无线传输，其受气候影响小、传输距离远，既可对单一目标大功率传能(如无人机)，又可对多个目标同时快速传能(如笔记本电脑、手机、耳机等设备)，可在复杂环境下实现点对点和点对体的全覆盖实时无线传能。微波无线能量传输系统优秀的对多能力使其在嵌入式、物联网、智能家居等领域展现出显著的优越性。

常见的MPT系统结构如图1(a)所示，MPT系统通常由发射端、自由空间和接收端三个部分组成。发射端用于将直流电源能量转换为射频功率，供发射天线向自由空间辐射，发射端结构是整个系统最基础的环节。为了对运动目标和多目标供电，发射端一般使用相控阵天线阵列，利用波束集成、波束定向技术向自由空间的多个可变方向发送射频功率信号。

微波无线能量传输系统常用的发射方案包括集群发射技术、频分多波束技术，单频多波束技术等。其中，集群发射是发射一个宽波束，在单波束范围内覆盖所有受能目标，但其只适用于受能目标位置非常集中的情况；频分多波束相当于在不同频率发射单个波束打向对应目标，这些波束共用一套天线，但是需要单独配置前端幅相控制模块，相当于是多套单波束发射方案，这种方案虽然辐射效果好，但是控制复杂，成本极高；单频多波束是在相同的频点利用阵元天线之间的干涉使波束在两个或者多个方向达到最大的多个波束形成方案，这种方案生成的多波束在时间上是连续稳定存在的，可以实现不间断地供能，这种赋形方式波束稳定，广泛应用于雷达和通讯领域，但是其计算很复杂，且发送能量时由于复杂的波束赋形算法，其整体功率容量非常受限，辐射效率也很低。时分多波束工作类似于脉冲电源，发射天线全时段工作，分别对着不同的目标进行传能，在任意时刻只有一个目标接收到能量，但以往的单频切换的方案也仅仅是在数十秒内切换波束，依次向受能目标充电，无法实现同时对多个受能目标传能。对于多传感器场景和智能家居物联网场景，大多数受能目标功耗不大，但受限某些特殊工作环境或受限于隐蔽性要求，不方便携带和更换电池，这就需要一种能够实时对传感器和智能家居长期稳定无线充电的系统。本发明旨在提出一种向多个受能目标同时稳定提供较大功率的微波无线能量传输系统，克服目前多波束传能系统的种种问题。

发明内容

本发明为弥补上述背景技术的种种不足之处，从降低系统复杂度和提升能量传输的实时性和稳定性出发，基于时分多波束技术，提出一种高频时分多目标微波无线能量传输系统，通过高频切换能量波束的辐射方向向至少一个受能目标同时供能，能够充分满足同时向多目标传能的需求，更具实用性，解决现有多目标辐射系统因结构复杂且成本高昂、功率容量小且效率极低而难以应用于实际的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：