[发明专利]一种用于无线携能通信系统的发射阵列及其波束扫描方法

说明书

本发明提供一种用于无线携能通信系统的发射阵列，包括电控模块、功率放大模块和十六元天线阵列，电控模块的第一射频输出口、第二射频输出口、第三射频输出口和第四射频输出口分别通过同轴线与四个独立的功率放大模块的射频输入口实现电气连接；十六元发射天线阵列包括四个子阵，四个子阵的射频端口分别与四个功率放大模块的射频输出端实现电气连接。还相应提供了波束扫描方法。发射阵列具有增益高、能量传输效率高、传能距离较远的优点。通过天线结构参数与波束扫描的意向方向得到各个端口的馈电相位，使得电控模块每个射频输出口输出携带馈电相位的信号，经过功率放大后，再通过天线阵列辐射，即可完成波束扫描与远距离携能通信。

技术领域

本发明涉及无线携能通信系统领域、波束赋形应用领域，更具体地，涉及一种用于无线携能通信系统的发射阵列及其波束扫描方法。

背景技术

无线携能通信技术（Simultaneous Wireless Information and PowerTransfer, SWIPT）是以微波为信息与能量的传输载体，进行信能同传的新兴技术。一般意义上的无线携能通信技术是将MPT（Microwave Power Transmission）技术与传统的WIT（Wireless Information Transfer）技术相结合的综合性技术。美国麻省理工学院的Varshney教授在文献“Transporting information and energy simultaneously”中2008年首次提出了无线携能通信技术的构想，在无线携能通信技术发展初期，研究者们主要解决的是高效能量采集和信息解调兼顾的问题。近些年，理论的突破使得该技术有了广泛的应用场景，英国公司Drayson Technologies 发明的一款检测空气质量的传感器就使用了该技术，这款传感器可以在检测环境信息的同时利用周边微波能量源发射的能量进行自主充电。美国华盛顿大学开发的PoWiFi能帮助笔记本电脑在利用无线路由器联网的同时完成无线充电。无线携能通信技术的技术特点使得其在智慧家居、IOT、无人机传能等多个领域有着广阔的应用空间。

用于无线携能通信系统的发射阵列是一种特殊的电磁波发射阵列，是波束赋形技术的硬件实体，也是无线携能通信系统的信息和能量的发射源，其核心部件为高增益天线阵列，该天线阵列区别于传统的机械扫描天线阵列与单纯用于通信的天线阵列，其可以在不改变自身位置的前提下，通过给射频输入端口馈不同相位和幅度的信号实现波束的扫描与远距离的携能通信。

无线携能通信技术使得传统通信系统所发射到自由空间的能量被有效的利用起来，但目前的无线携能通信系统的发射端存在能量传输效率低、传能距离较近、无法实现波束动态追踪等普遍问题。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种用于无线携能通信系统的发射阵列及其波束扫描方法，该发射阵列具有增益高、能量传输效率高、传能距离较远的优点，该波束扫描方法具有操作简便、可实现波束三维指向等优点。

为了实现本发明目的，本发明提供一种用于无线携能通信系统的发射阵列，包括电控模块、功率放大模块和十六元发射天线阵列，

电控模块包括第一射频输出口、第二射频输出口、第三射频输出口和第四射频输出口，第一射频输出口、第二射频输出口、第三射频输出口和第四射频输出口分别通过同轴线与对应的功率放大模块的射频输入口实现电气连接；

十六元发射天线阵列包括四个子阵，四个子阵的射频端口分别与对应的所述功率放大模块的射频输出端实现电气连接。

进一步地，每个所述功率放大模块均为高增益功率放大模块，包括用于完成低功率信号的功率放大的功率放大器与调节电压的变压器。

进一步地，所述十六元发射天线阵列包括十六个高增益微带天线和四个一分四功率分配器，十六个高增益微带天线以4×4的形式形成所述4个子阵，分别定义为第一子阵、第二子阵、第三子阵和第四子阵，第一子阵、第二子阵、第三子阵和第四子阵分别与一个一分四功率分配器连接。