[发明专利]基于共享孔径多波束形成的无线充电方法

说明书

本发明公开了一种基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，包括如下步骤：1、布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，每个阵面布置相同数量的阵元；2、将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，分别用于产生两个低频波束和两个高频波束；3、被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；4、对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。该方法在被充电设备个数远大于充电设备个数的条件下，高效地解决对多个被充电设备进行充电时的效率问题。

技术领域

本发明属于无线充电领域，具体涉及一种基于共享孔径多波束形成的无线充电方法。

背景技术

2017年2月，苹果公司宣布加入无线充电联盟，并认为无线充电在未来必定是个趋势。同年9月，苹果公司发布会推出了一款可支持iphone8等系列产品无线充电的充电设备。同时随着多波束技术不断发展，可将多波束技术应用于无线充电中，可以进一步提高被充电设备的充电效率。如何高效地解决多个被充电设备的充电效率，特别是在被充电设备个数远大于充电设备个数和波束个数的情况下，目前尚未有有效方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了在被充电设备个数远大于充电设备个数的条件下，高效地解决对多个被充电设备进行充电时的效率问题。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，包括如下步骤：

(1)布置充电设备阵列，所述充电设备阵列呈立方体，包括5个阵面，所述5个阵面为立方体的5个侧面；每个阵面布置相同数量的阵元，每个阵面上的阵元分别在水平方向和竖直方向等间距设置；

(2)将每个阵面划分为阵元数相同的两个子阵，其中一个子阵产生两个低频波束，另一个子阵产生两个高频波束；利用时间调制阵列的一次谐波分量和负一次谐波分量进行波束形成；

(3)被充电设备与充电设备阵列建立无线连接，确定覆盖被充电设备的阵面和共振频率；对每个阵面中的波束按照覆盖被充电设备的数目进行排序，选定每个阵面中覆盖被充电设备最多的波束作为本阵面的辐射波束；

(4)对被充电设备进行充电，在共振频率下进行能量传输。

步骤(2)中子阵多波束形成步骤包括：

(2.1)随机确定两个子阵的阵元位置分布，发射波束的俯仰角为θ，方位角为根据下式计算第k次谐波的波束方向图，k＝1,-1：

其中，M，N分别为发射阵元所属阵面在水平方向和竖直方向上的阵元数，β＝2π/λ_i(i＝1,2)为波数，λ₁和λ₂为分别为低频波束和高频波束的波长；d_x和d_y分别为水平方向和竖直方向上的阵元间距，θ₀、为第k次谐波波束的俯仰角和方位角，C_j，_k为第k次谐波分量的傅里叶系数，其计算式为：

其中，f_p为调制频率，τ_j为第j个阵元的开关闭合时间，t_0j为第j个阵元的开关打开时间。

(2.2)利用差分进化算法优化时间调制阵列的控制时序，即开关闭合时间τ_j，通过调整开关闭合时间优化波束方向图的旁瓣峰值电平和天线增益，目标函数为：

f(x)＝w₁·PSLL+w₂·G_max