CN107026331A - 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法 - Google Patents

一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107026331A
CN107026331A CN201710160783.3A CN201710160783A CN107026331A CN 107026331 A CN107026331 A CN 107026331A CN 201710160783 A CN201710160783 A CN 201710160783A CN 107026331 A CN107026331 A CN 107026331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
wave beam
stepped aperture
collection efficiency
beam collection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710160783.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李勋
宋立伟
段宝岩
黄进
张逸群
杨阳
王东旭
罗超
段竹竹
樊冠恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201710160783.3A priority Critical patent/CN107026331A/zh
Publication of CN107026331A publication Critical patent/CN107026331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector

Abstract

本发明涉及一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，其包括(1)构造阶梯型口径场分布函数f(α,ρ)；(2)计算天线的远场场强方向图；(3)计算照射到接收天线的微波功率密度分布；(4)计算波束收集效率；(5)优化每个台阶的高度与半径来获得最优的波束收集效率；(6)初始化阶梯型口径场分布函数的台阶数N，求解优化模型；(7)判断优化后的波束收集效率BCE是否大于采用10dB高斯分布求得的效率，如果大于，则取此时的阶梯型口径场分布的台阶数；否则重复步骤(1)～(6)。

Description

一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，可用于指导微波无线能量传输系统中有源相控阵发射天线的激励幅度设计。
背景技术
空间太阳能电站是一种在太空中收集太阳能，然后将太阳能转换为电能，再将电能以微波的形式通过发射天线传输到地面的新型绿色能源系统。
微波无线能量传输系统(Microwave Wireless Power Transmission)作为空间太阳能电站的关键组成部分之一，还具有其他广泛的应用前景。如，为无人机、飞艇等无线输能，为灾区及其他偏远地区灵活供电等。
微波无线能量传输系统包括发射天线系统和接收天线系统两部分。发射天线系统被用来聚焦和控制所辐射的高功率微波波束，而接收天线被用来接收所照射的高功率微波能量，然后通过后端的整流电路将收集到的微波能转换为直流电并输送到地面电网。
有源相控阵天线具有波束指向易调整，精度高且便于模块化设计等优点，被视为最合适的发射天线选型。而如何提高微波无线能量传输系统的效率是包括空间太阳能电站在内的所有微波无线能量传输系统的一项关键技术。波束收集效率(Beam CollectionEfficiency)是衡量微波无线能量传输效率的一项关键指标，被定义为照射到接收天线的能量与发射天线总辐射能量的比值，它与发射天线的口径场分布有着紧密的关系。
目前，国内外关于如何设计发射天线的口径场分布从而最大化波束收集效率(BCE)的研究主要有以下几种方法：
(1)采用高斯型口径场分布；对于阵列天线如有源相控阵天线而言，每个辐射单元的激励系数是通过离散化连续型高斯口径场分布函数得到的。如论文A.Massa,G.Oliveri,F.Viani,and P.Rocca.Array designs for long-distance wireless powertransmission:state-of-the-art and innovative solutions.Proc.IEEE,vol.101,no.6,June 2013采用了该方法得到每个辐射单元的激励系数，进而计算出相应的波束收集效率。该研究表明，在激励幅度满足高斯分布时，波束收集效率接近于最优。
(2)在阵元位置给定的情况下，通过理论推导求得波束收集效率最大化时每个辐射单元的激励系数。如在G.Oliveri,L.Poli,A.Massa.Maximum efficiency beamsynthesis of radiating planar arrays for wireless power transmission.IEEETrans.Antennas Propag.,vol.61,no.5May 2013中从理论推导上将求解最佳激励系数的问题简化为求解一个矩阵的最大广义特征值问题。研究结果表明，当阵元激励系数满足“近似高斯分布”时，波束收集效率最大，该研究从侧面也说明了方法(1)的有效性。
方法(1)(2)虽然可获得较高的波束收集效率，但由于发射天线的激励系数呈高斯或者类高斯分布，每个单元的激励系数不同，为实现该分布需大量不同种类的放大器。这在实际工程造价高，且实现困难。为缓解这个问题Baki提出了以下办法：
(3)在阵元位置给定的情况下，采用“边缘锥削”方法，来获得较高的BCE。如在A.K.M.Baki,N.Shinohara,H.Matsumoto,etc.Study of isosceles trapezoidal edgetapered phased array antenna for solar power station/satellite.IEICETrans.Commun.,vol.E90-B,no.1,Apr.2008中研究了均匀布阵情况下，当阵元激励呈“等腰梯形”分布时，(阵列中心的大部分单元等幅激励，小部分位于阵列边缘的单元采用不同的激励)可获得较高的波束收集效率。
但是，对超大型发射天线，如用于空间太阳能电站的发射天线，由于其尺寸在公里级，即使采用“等腰梯形”口径场分布，也需要极多种类的放大器来实现该分布，这在实际工程中也难以实现。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法。该方法的核心是通过构造数学函数来描述阶梯型口径场分布。然后，通过优化阶梯型分布的每个台阶的高度与相应的台阶宽度来实现波束收集效率最大化。通过这种方法，整个发射天线所需的放大器个数仅为阶梯型分布的台阶数目，从而大大减少了放大器种类数，相应的建造成本也大大降低。该方法可用于指导微波无线能量传输系统发射天线口径场分布设计。
首先构造阶梯型分布的描述函数；其次以电磁场理论为基础，通过数学推导得出阶梯型口径场分布的每个台阶的高度和半径与波束收集效率的关系；再次，以波束收集效率最大化为目标，通过优化每个台阶的高度与半径得到最佳的阶梯型口径场分布；最后，通过离散化得到的阶梯型口径场分布函数求得相应的阵列天线每个单元的激励幅度值，并计算相应的波束收集效率。
技术方案：一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，具体过程如下：
(1)构造阶梯型口径场分布函数f(α,ρ)，f(α,ρ)描述为多个单位阶跃函数的累加，其表达式如下：
其中:
αn和ρn分别是第n个台阶的归一化高度和半径，n＝(1,2,...,N)，N为阶梯型分布的台阶数目；
H(·)为单位阶跃函数
(2)根据构造的阶梯型口径场分布函数，计算天线的远场场强方向图
由电磁场理论，已知发射天线的口径场分布f(α,ρ)，天线的场强方向图E(r,R)表示为
其中:
k＝2π/λ为波数，λ为工作波长，
R和Rt分别为收发天线的间距和发射天线的半径，
J0(·)是0阶贝塞尔函数，
r是以λR/2Rt为单位的长度值；
(3)由天线的远场方向图E(r,R),计算照射到接收天线的微波功率密度分布
根据步骤(2)中得到的天线远场场强方向图E(r,R)，计算发射天线的远场功率方向图p(r,R)，其表达式如下：
其中:
为发射天线的口径面积，
假设发射天线中心最大功率密度为IT0，则照射到接收天线的微波功率密度为
(4)计算波束收集效率
(41)根据步骤(3)中得到的照射到接收天线的微波功率密度，计算照射到接收天线总的微波功率
其中，Rr为接收天线的半径；
(42)由发射天线口径功率密度分布，计算发射天线总辐射功率
(43)计算出对应的波束收集效率为
(5)采用如下数学优化模型来优化每个台阶的高度与半径来获得最优的波束收集效率，
Find X＝(x1,x2,...,xN,xN+1,…,x2N)T (9)
Min.f(X)＝-BCE(X) (10)
xn+1≤xn (1≤n≤N-1) (11)
xn+1≥xn (N≤n≤2N-1) (12)
0＜xn≤1, n＝1,2,…,2N (13)
式中:
设计变量X＝(x1,x2...,xN,xN+1,...,x2N)T是阶梯型分布函数f(α,ρ)的描述参数，xn和xn+N分别为阶梯型分布函数第n个(n＝1,2,…,N)台阶的归一化高度与半径；
目标函数f(X)是负的波束收集效率，目的是将该优化问题转换为标准的优化模型；
约束(11)是为了确保阶梯型分布函数的台阶高度从中心区域到边缘区域依次降低；
约束(12)是用来保证每个台阶的宽度都大于0；
约束(13)是为了保证设计变量即每个台阶的高度与半径均为归一化值，优化模型中线性不等式约束(11)和(12)可写成矩阵形式
AX≤b (14)
其中，A是一个2N×2N的矩阵，
b是一个2N×1的向量，
b＝[0 0 ... -ε 0 0 ... 1]T (16)
ε是一个小的数用来保证xN大于0，此处ε被设置为10-6；
(6)初始化阶梯型口径场分布函数的台阶数N，采用MATLAB软件自带的内点法来求解步骤(5)中的优化模型，得到优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn；
(7)判断优化后的波束收集效率BCE是否大于采用10dB高斯分布求得的效率，如果大于，则取此时的阶梯型口径场分布的台阶数；否则，若优化后的波束收集效率BCE小于采用10dB高斯分布求得的效率，则增加阶梯型口径场分布的台阶数量，重复步骤(1)～(6)，直到求得的波束收集效率大于10dB高斯分布所对应的效率，结束本次操作。
进一步地，还包括验证步骤，具体包括以下步骤
(81)离散化求得的阶梯型口径场分布函数，
将步骤(6)得到的优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn代入公式(1)中即可求得阶梯型口径场分布函数；
(82)根据步骤(81)得到的阶梯型口径场分布函数得到相应的阵列天线的激励系数，
设方口径阵列天线位于XOY平面内，包含P行Q列，P＝Q且关于x轴和y轴对称，其辐射单元沿x轴和y轴的间距分别为dx和dy，则位于第一象限的第p行第q列单元到阵列中心的距离可描述为
相应的该阵列天线单元的激励系数I(p,q)为
其中，
f(·)为步骤(81)后得到的优化后的阶梯型口径场分布函数，
Dt＝(P-1)·dx为阵列天线口径尺寸；
(83)计算阶梯型口径场分布下阵列天线的波束收集效率，验证其是否优于采用离散的10dB高斯分布得到的波束收集效率。
进一步地，步骤(1)中初始化的αn和ρn是通过MATLAB中的rand函数随机生成，再通过sort函数排序得到。
有益效果：本发明公开的一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法具有以下有益效果：
1、通过本发明所设计的阶梯型口径场分布，阵列天线所需的放大器种类数将减少到阶梯型分布的台阶数目，这样，相比于传统的10dB高斯分布，放大器种类将极大的减少，从而可降低制造成本；
2、通过本发明所设计的阶梯型口径场分布，波束收集效率将大于传统的10dB高斯口径场分布；
3、本发明所设计的阶梯型口径场分布可为大型相控阵天线后期的子阵划分提供理论支撑。
附图说明
图1是本发明提出的阶梯型口径场分布示意图
图2是本发明公开的一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法的流程图；
图3是发射天线和接收天线示意图；
图4是本发明优化得到的不同台阶数对应的阶梯型口径场分布与10dB高斯分布对比；
图5是用本发明优化得到的阶梯型口径场分布对应的归一化功率方向图与10dB高斯分布对应的归一化功率方向图对比；
图6是用本发明得到了四种台阶数的阶梯型口径场分布对应的阵列天线子阵划分示意图；
其中：
1-发射天线 2-口径场分布
3-微波波束 4-接收天线微波功率密度分布
5-接收天线
Rt-发射天线半径 Rr-接收天线半径
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图2所示，一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，具体过程如下：
(1)构造阶梯型口径场分布函数f(α,ρ)，f(α,ρ)描述为多个单位阶跃函数的累加，本发明所提出的阶梯型口径场分布如图1所示，可描述为多个单位阶跃函数的累加，其表达式如下：
其中:
αn和ρn分别是第n个台阶的归一化高度和半径，n＝(1,2,...,N)，N为阶梯型分布的台阶数目；
H(·)为单位阶跃函数
(2)根据构造的阶梯型口径场分布函数，计算天线的远场场强方向图
由电磁场理论，已知发射天线的口径场分布f(α,ρ)，天线的场强方向图E(r,R)表示为
其中:
k＝2π/λ为波数，λ为工作波长，
R和Rt分别为收发天线的间距和发射天线的半径，
J0(·)是0阶贝塞尔函数，
r是以λR/2Rt为单位的长度值；
(3)由天线的远场方向图E(r,R),计算照射到接收天线的微波功率密度分布
根据步骤(2)中得到的天线远场场强方向图E(r,R)，计算发射天线的远场功率方向图p(r,R)，其表达式如下：
其中:
为发射天线的口径面积，
假设发射天线中心最大功率密度为IT0，则照射到接收天线的微波功率密度为
(4)计算波束收集效率
(41)根据步骤(3)中得到的照射到接收天线的微波功率密度，计算照射到接收天线总的微波功率
其中，Rr为接收天线的半径；
(42)由发射天线口径功率密度分布，计算发射天线总辐射功率
(43)计算出对应的波束收集效率为
将式(6)和(7)代入式(8)，可看出，对于给定的收发天线口径尺寸及传输距离，波束收集效率仅由发射天线的口径场分布决定的。
对于阶梯型口径场分布而言，在台阶数目给定的情况下，波束收集效率仅与每个台阶的高度与对应的半径有关。因而，可通过优化每个台阶的高度与半径来获得最优的波束收集效率；
(5)采用如下数学优化模型来优化每个台阶的高度与半径来获得最优的波束收集效率，
Find X＝(x1,x2,...,xN,xN+1,...,x2N)T (9)
Min.f(X)＝-BCE(X) (10)
xn+1≤xn (1≤n≤N-1) (11)
xn+1≥xn (N≤n≤2N-1) (12)
0＜xn≤1,n＝1,2,…,2N (13)
式中:
设计变量X＝(x1,x2...,xN,xN+1,...,x2N)T是阶梯型分布函数f(α,ρ)的描述参数，xn和xn+N分别为阶梯型分布函数第n个(n＝1,2,…,N)台阶的归一化高度与半径；
目标函数f(X)是负的波束收集效率，目的是将该优化问题转换为标准的优化模型；
约束(11)是为了确保阶梯型分布函数的台阶高度从中心区域到边缘区域依次降低；
约束(12)是用来保证每个台阶的宽度都大于0；
约束(13)是为了保证设计变量即每个台阶的高度与半径均为归一化值，优化模型中线性不等式约束(11)和(12)可写成矩阵形式
AX≤b (14)
其中，A是一个2N×2N的矩阵，
b是一个2N×1的向量，
b＝[0 0 ... -ε 0 0 ... 1]T (16)
ε是一个小的数用来保证xN大于0，此处ε被设置为10-6；
(6)初始化阶梯型口径场分布函数的台阶数N，采用MATLAB软件自带的内点法来求解步骤(5)中的优化模型，得到优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn；
(7)判断优化后的波束收集效率BCE是否大于采用10dB高斯分布求得的效率，如果大于，则取此时的阶梯型口径场分布的台阶数；否则，若优化后的波束收集效率BCE小于采用10dB高斯分布求得的效率，则增加阶梯型口径场分布的台阶数量，重复步骤(1)～(6)，直到求得的波束收集效率大于10dB高斯分布所对应的效率，结束本次操作。
进一步地，还包括验证步骤，具体包括以下步骤
(81)离散化求得的阶梯型口径场分布函数，
将步骤(6)得到的优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn代入公式(1)中即可求得阶梯型口径场分布函数；
(82)根据步骤(81)得到的阶梯型口径场分布函数得到相应的阵列天线的激励系数，
设方口径阵列天线位于XOY平面内，包含P行Q列，P＝Q且关于x轴和y轴对称，其辐射单元沿x轴和y轴的间距分别为dx和dy，则位于第一象限的第p行第q列单元到阵列中心的距离可描述为
相应的该阵列天线单元的激励系数I(p,q)为
其中，
f(·)为步骤(81)后得到的优化后的阶梯型口径场分布函数，Dt＝(P-1)·dx为阵列天线口径尺寸；
(83)计算阶梯型口径场分布下阵列天线的波束收集效率，验证其是否优于采用离散的10dB高斯分布得到的波束收集效率。
进一步地，步骤(1)中初始化的αn和ρn是通过MATLAB中的rand函数随机生成，再通过sort函数排序得到。
本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：
1.仿真参数
收发天线均为圆形口径，半径分别为Rt＝800m，Rr＝5000m，发射天线位于GEO轨道，即收发天线间距为R＝36000km，如图3所示。发射总功率为2GW，工作频率为5.8GHz。
2.仿真内容与结果
首先用大部分空间太阳能电站方案都采用的10dB高斯分布来求得上述天线参数对应的波束收集效率，发射天线中心最大功率密度以及接收天线中心和边缘功率密度(见表2最后一行)。其次，按照图3所示的设计流程图来优化阶梯型口径场分布在不同台阶数下的波束收集效率，发射天线中心最大功率密度以及接收天线中心和边缘功率密度(见表2第2-6行)。通过优化得到的阶梯型口径场分布函数的描述参数如表1所示(具体的函数形状如图4所示)，对应的天线归一化功率方向图如图5所示。
从表2可以看出，阶梯型口径场分布的波束收集效率随着台阶数目的增加而提高。当台阶数等于10时，阶梯型口径场分布的波束收集效率高于10dB高斯分布对应的效率(93.27％vs.93.25％)。最后，通过一个缩比模型的微波无线能量传输系统模型(发射口径1m，接收口径4m，收发间距36m)来验证本发明所提出的阶梯型口径场分布的优越性，具体的电性能参数对比见表3。
从表3可看出，对于阵列天线，当阶梯型口径场分布的台阶数目大于等于8时，对应的波束收集效率大于10dB高斯分布对应的波束收集效率。最后，图6给出了四种台阶数的阶梯型分布对应的发射阵列天线子阵划分示意图。
表1优化的阶梯型口径场分布函数描述参数
表2阶梯型分布与10dB高斯分布电性能参数对比(连续口径)
表3阶梯型分布与10DB高斯分布电性能参数对比(阵列天线)
台阶数目 波束收集效率(％) 最高副瓣电平(dB)
2 89.13 -13.12
4 90.69 -11.93
6 92.13 -11.76
8 92.49 -11.67
10 92.51 -11.77
10dB高斯分布 92.31 -12.18
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构造阶梯型口径场分布函数f(α,ρ)，f(α,ρ)描述为多个单位阶跃函数的累加，其表达式如下：
其中:
αn和ρn分别是第n个台阶的归一化高度和半径，n＝(1,2,...,N)，N为阶梯型分布的台阶数目；
H(·)为单位阶跃函数
(2)根据构造的阶梯型口径场分布函数，计算天线的远场场强方向图
由电磁场理论，已知发射天线的口径场分布f(α,ρ)，天线的场强方向图E(r,R)表示为
其中:
k＝2π/λ为波数，λ为工作波长，
R和Rt分别为收发天线的间距和发射天线的半径，
J0(·)是0阶贝塞尔函数，
r是以λR/2Rt为单位的长度值；
(3)由天线的远场方向图E(r,R),计算照射到接收天线的微波功率密度分布
根据步骤(2)中得到的天线远场场强方向图E(r,R)，计算发射天线的远场功率方向图p(r,R)，其表达式如下：
其中:
为发射天线的口径面积，
假设发射天线中心最大功率密度为IT0，则照射到接收天线的微波功率密度为
(4)计算波束收集效率
(41)根据步骤(3)中得到的照射到接收天线的微波功率密
度，计算照射到接收天线总的微波功率
其中，Rr为接收天线的半径；
(42)由发射天线口径功率密度分布，计算发射天线总辐射功率
(43)计算出对应的波束收集效率为
(5)采用如下数学优化模型来优化每个台阶的高度与半径来获得最优的波束收集效率，
Find X＝(x1,x2,...,xN,xN+1,...,x2N)T (9)
Min.f(X)＝-BCE(X) (10)
xn+1≤xn(1≤n≤N-1) (11)
xn+1≥xn(N≤n≤2N-1) (12)
0＜xn≤1,n＝1,2,…,2N (13)
式中:
设计变量X＝(x1,x2...,xN,xN+1,...,x2N)T是阶梯型分布函数f(α,ρ)的描述参数，xn和xn+N分别为阶梯型分布函数第n个(n＝1,2,…,N)台阶的归一化高度与半径；
目标函数f(X)是负的波束收集效率，目的是将该优化问题转换为标准的优化模型；
约束(11)是为了确保阶梯型分布函数的台阶高度从中心区域到边缘区域依次降低；
约束(12)是用来保证每个台阶的宽度都大于0；
约束(13)是为了保证设计变量即每个台阶的高度与半径均为归一化值，优化模型中线性不等式约束(11)和(12)可写成矩阵形式
AX≤b (14)
其中，A是一个2N×2N的矩阵，
b是一个2N×1的向量，
b＝[0 0 ... -ε 0 0 ... 1]T (16)
ε是一个小的数用来保证xN大于0，此处ε被设置为10-6；
(6)初始化阶梯型口径场分布函数的台阶数N，采用MATLAB软件自带的内点法来求解步骤(5)中的优化模型，得到优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn；
(7)判断优化后的波束收集效率BCE是否大于采用10dB高斯分布求得的效率，如果大于，则取此时的阶梯型口径场分布的台阶数；否则，若优化后的波束收集效率BCE小于采用10dB高斯分布求得的效率，则增加阶梯型口径场分布的台阶数量，重复步骤(1)～(6)，直到求得的波束收集效率大于10dB高斯分布所对应的效率，结束本次操作。
2.根据权利要求1所述的一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，其特征在于，还包括验证步骤，具体包括以下步骤
(81)离散化求得的阶梯型口径场分布函数，
将步骤(6)得到的优化后的阶梯型分布的台阶高度αn与半径ρn代入公式(1)中即可求得阶梯型口径场分布函数；
(82)根据步骤(81)得到的阶梯型口径场分布函数得到相应的阵列天线的激励系数，
设方口径阵列天线位于XOY平面内，包含P行Q列，P＝Q且关于x轴和y轴对称，其辐射单元沿x轴和y轴的间距分别为dx和dy，则位于第一象限的第p行第q列单元到阵列中心的距离可描述为
相应的该阵列天线单元的激励系数I(p,q)为
其中，
f(·)为步骤(81)后得到的优化后的阶梯型口径场分布函数，
Dt＝(P-1)·dx为阵列天线口径尺寸；
(83)计算阶梯型口径场分布下阵列天线的波束收集效率，验证其是否优于采用离散的10dB高斯分布得到的波束收集效率。
3.根据权利要求1所述的一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法，其特征在于，步骤(1)中初始化的αn和ρn是通过MATLAB中的rand函数随机生成，再通过sort函数排序得到。
CN201710160783.3A 2017-03-17 2017-03-17 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法 Pending CN107026331A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710160783.3A CN107026331A (zh) 2017-03-17 2017-03-17 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710160783.3A CN107026331A (zh) 2017-03-17 2017-03-17 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107026331A true CN107026331A (zh) 2017-08-08

Family

ID=59525317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710160783.3A Pending CN107026331A (zh) 2017-03-17 2017-03-17 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107026331A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108565992A (zh) * 2018-04-13 2018-09-21 中国舰船研究设计中心 基于相控阵的电磁能远场无衍射传输系统设计方法
CN110988858A (zh) * 2019-11-11 2020-04-10 西安空间无线电技术研究所 一种双波束微波着陆雷达高精度测距方法及系统
CN111418129A (zh) * 2017-12-05 2020-07-14 希尔莱特有限责任公司 用于无线功率传输优化的非高斯波束成形
CN112531924A (zh) * 2020-10-13 2021-03-19 电子科技大学 一种基于最大无线能量传输效率快速设计天线阵列的方法
CN113809554A (zh) * 2021-09-09 2021-12-17 电子科技大学 一种最大化波束收集效率的不规则相控阵天线设计方法
CN116542074A (zh) * 2023-06-13 2023-08-04 西安电子科技大学 用于微波传能发射天线系统馈电激励的鲁棒性设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040257172A1 (en) * 2003-04-17 2004-12-23 Edgar Schmidhammer Duplexer with extended functionality
US20050285541A1 (en) * 2003-06-23 2005-12-29 Lechevalier Robert E Electron beam RF amplifier and emitter
CN104157986A (zh) * 2013-05-29 2014-11-19 广东通宇通讯股份有限公司 适用于极低干扰通信系统的微波天线及其优化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040257172A1 (en) * 2003-04-17 2004-12-23 Edgar Schmidhammer Duplexer with extended functionality
DE10317969B4 (de) * 2003-04-17 2005-06-16 Epcos Ag Duplexer mit erweiterter Funktionalität
US20050285541A1 (en) * 2003-06-23 2005-12-29 Lechevalier Robert E Electron beam RF amplifier and emitter
CN104157986A (zh) * 2013-05-29 2014-11-19 广东通宇通讯股份有限公司 适用于极低干扰通信系统的微波天线及其优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUN LI ETC.: "Study of Stepped Amplitude Distribution Taper for Microwave Power Transmission for SSPS", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
李勋: "空间太阳能电站大型微波阵列发射天线若干问题研究", 《万方数据》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111418129A (zh) * 2017-12-05 2020-07-14 希尔莱特有限责任公司 用于无线功率传输优化的非高斯波束成形
CN108565992A (zh) * 2018-04-13 2018-09-21 中国舰船研究设计中心 基于相控阵的电磁能远场无衍射传输系统设计方法
CN108565992B (zh) * 2018-04-13 2020-10-16 中国舰船研究设计中心 基于相控阵的电磁能远场无衍射传输系统设计方法
CN110988858A (zh) * 2019-11-11 2020-04-10 西安空间无线电技术研究所 一种双波束微波着陆雷达高精度测距方法及系统
CN112531924A (zh) * 2020-10-13 2021-03-19 电子科技大学 一种基于最大无线能量传输效率快速设计天线阵列的方法
CN112531924B (zh) * 2020-10-13 2022-07-15 电子科技大学 一种基于最大无线能量传输效率快速设计天线阵列的方法
CN113809554A (zh) * 2021-09-09 2021-12-17 电子科技大学 一种最大化波束收集效率的不规则相控阵天线设计方法
CN116542074A (zh) * 2023-06-13 2023-08-04 西安电子科技大学 用于微波传能发射天线系统馈电激励的鲁棒性设计方法
CN116542074B (zh) * 2023-06-13 2023-12-19 西安电子科技大学 用于微波传能发射天线系统馈电激励的鲁棒性设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107026331A (zh) 一种用于微波无线能量传输的阶梯型口径分布设计方法
CN105680162B (zh) 轨道角动量多波束产生方法
CN108987911A (zh) 一种基于siw的毫米波波束赋形微带阵列天线及设计方法
CN101706839B (zh) 一种基于时间反演的共形阵列天线激励相位确定方法
CN204441468U (zh) 一种用于无线输电的微带天线
CN104901734A (zh) 一种阵列天线波束赋形方法
CN104916922A (zh) 一种面向无线能量传输系统的平面阵列天线布阵方法
CN104320169B (zh) 多用户3d‑mimo系统中三维波束赋形设计方法
CN106099391A (zh) 一种同时同频全双工通信中信息的收发方法
CN102623805A (zh) 一种基于互耦控制的低成本相控阵天线
CN105048112A (zh) 基于qiwo_ift组合算法的阵列天线唯相位变换波束赋形方法
CN102790284A (zh) 一种具有多重边界的天线装置及其反射板
CN109190151B (zh) 用于微波无线能量传输系统的近似平顶主波束的设计方法
CN107333290A (zh) 一种基站天线电性能参数监测方法
CN106229618A (zh) 用于产生射频oam波束的圆环形椭圆微带结构天线及复用器
CN109800474A (zh) 一种基于遗传算法的阵列天线能量调配方法
CN105244634A (zh) 大规模mimo天线阵列的降维方法及利用该方法的系统
CN104466430B (zh) 基于时间调制阵列的波束赋形方法
CN106356641A (zh) 多项式与粒子群混合方法的阵列天线设计方法
Van der Linden et al. Analysis, design and realization of a near-field focused RF power transfer system
Tang et al. Design of 5G dual-antenna passive repeater based on machine learning
CN103646126A (zh) 微带阵列聚焦天线的设计方法及微带阵列聚焦天线
CN101674114B (zh) 基于均匀圆阵列天线的多扇区空间复用方法及其系统
CN105161856B (zh) 一种产生涡旋电波的缝隙天线阵列
Lahiry et al. Performance analysis of unmanned aerial vehicle enabled wireless power transfer considering radio frequency system imperfections

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20201127