[发明专利]基于共享孔径多波束形成的无线充电方法

摘要

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。

主权项

1.基于共享孔径多波束形成的无线充电方法，其特征在于，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为波数，i＝1,2，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其中PSLL为波束的旁瓣峰值电平，G_max为天线增益，w₁，w₂分别为其权系数。