[實(shí)用新型]一種基于多發(fā)射單元的無線電磁波能量采集裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520714860.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN204992796U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯峰;唐大津;黃曉宇;麥帆;鄧遠(yuǎn)意
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/20
• 分類號(hào): H02J50/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多發(fā)射單元的無線電磁波能量采集裝置。

背景技術(shù)

無線能量采集技術(shù)的出現(xiàn)，使得物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的無線供電變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。通過無線能量采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的無線供電，避免了鋪設(shè)電力線，或者更換電池的麻煩，使得物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)布設(shè)更加方便，布設(shè)密度更大，適用場景更多，工作壽命更長，并大大增加了使用的安全性和便利性。

目前，涉及到無線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、磁場共振式和無線電波式。

電磁感應(yīng)式采用一對(duì)線圈用來傳輸和接收電流，初級(jí)線圈通過一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)原理在次級(jí)線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端，屬于近距離的感應(yīng)耦合，充電距離非常短。

磁場共振式由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，使兩個(gè)裝置在一定的頻率上共振，彼此間進(jìn)行能量交換，但是交換距離和線圈尺寸方面有很高的要求，一旦改變發(fā)射和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離或改變線圈尺寸，接收功率就會(huì)急劇下降，應(yīng)用存在自身的局限性。

無線電磁波式，主要采用射頻技術(shù)，由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，類似無線通信技術(shù)，通過天線不僅可以進(jìn)行信息收發(fā)，還可以進(jìn)行能量收發(fā)。無線電磁波式可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無線充電，但是相比電磁感應(yīng)式和磁場共振式，由于電磁波的傳輸損耗，接收節(jié)點(diǎn)采集的能量微弱，而在能量接收過程中也存在漏電、接收效率低等因素，應(yīng)用范圍十分有限。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有無線電磁波式能量采集技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種基于多發(fā)射單元的無線電磁波能量采集裝置，可以在不增加總發(fā)射功率的前提下最大限度的增加接收無線能量的功率，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無線能量充電。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于多發(fā)射單元的無線電磁波能量采集裝置，包括發(fā)射端及接收端，所述接收端包括依次連接的能量收發(fā)天線、LC匹配電路、倍壓整流電路及儲(chǔ)能電池，所述接收端還包括用于給各個(gè)發(fā)射單元分配通信時(shí)隙、接收訓(xùn)練序列并計(jì)算各個(gè)發(fā)射單元權(quán)值的接收端微處理器，所述接收端微處理器分別與能量收發(fā)天線、LC匹配電路、倍壓整流電路及儲(chǔ)能電池相互連接，所述發(fā)射端包括多個(gè)發(fā)射單元及多個(gè)用于通過接收端反饋的信息調(diào)整發(fā)射單元初始狀態(tài)的發(fā)射端微處理器，每個(gè)發(fā)射單元與其對(duì)應(yīng)的發(fā)射端微處理器相互連接。

所述發(fā)射單元為獨(dú)立的單天線射頻發(fā)射裝置或多天線射頻發(fā)射裝置中的某個(gè)天線發(fā)射單元。

所述接收端微處理器及發(fā)射端微處理器為單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。

一種無線電磁波能量采集裝置的采集方法，包括準(zhǔn)備階段及能量收發(fā)階段，具體為：

準(zhǔn)備階段包括：

S1接收端微處理器給各個(gè)發(fā)射單元分配通信時(shí)隙t₁...t_d；

S2發(fā)射單元在通信時(shí)隙內(nèi)，向接收端發(fā)射訓(xùn)練序列X₁...X_d；

S3接收端微處理器接受訓(xùn)練序列，經(jīng)過計(jì)算處理得到各發(fā)射單元到接收端的信道衰落，并根據(jù)計(jì)算出各個(gè)信道的權(quán)值ω₁...ω_d，并反饋給各個(gè)發(fā)射單元；

S4各個(gè)發(fā)射單元的微處理器根據(jù)反饋的權(quán)值信息，調(diào)整發(fā)射電磁波的初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括相位和幅度；方法為各個(gè)發(fā)射單元的微處理器根據(jù)發(fā)射端反饋的權(quán)值信息以計(jì)算或者查詢查找表的方式得到I路和Q路的幅值，將I路和Q路的幅值通過D/A轉(zhuǎn)換后分別與兩路正交載波相乘后再疊加，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整發(fā)射電磁波的相位偏移和幅度等初始狀態(tài)的目的，所述初始狀態(tài)包括相位和幅度。

S5各個(gè)發(fā)射單元以S4計(jì)算得到的相位和幅度發(fā)射電磁波，此時(shí)接收端接收到的能量理論上功率最大。

每隔一段時(shí)間，接收端微調(diào)各個(gè)發(fā)射單元發(fā)射電磁波的初始狀態(tài)，在微調(diào)過程中接收功率不增加，則判斷接收端無線能量的功率已經(jīng)達(dá)到最大。

當(dāng)發(fā)射端和接收端相對(duì)位置發(fā)生改變，或者距離上一次權(quán)值計(jì)算時(shí)間已超過一定的門限值，或者干擾明顯時(shí)，重新進(jìn)入權(quán)值計(jì)算。

本實(shí)用新型的發(fā)射單元和接收端都具有微處理器，接收端的微處理器通過計(jì)算并調(diào)度各個(gè)射頻發(fā)射端，成為一個(gè)整體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定時(shí)隙內(nèi)每個(gè)發(fā)射單元在各自分配時(shí)隙內(nèi)發(fā)送訓(xùn)練系列，發(fā)射單元的微處理器通過接收端反饋的權(quán)值信息以計(jì)算或者表格查詢的方式調(diào)整發(fā)射電磁波初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括功率和相位，使各個(gè)射頻發(fā)射端發(fā)射的電磁波到達(dá)接收端時(shí)，在發(fā)射總功率一定的情況下接收端接收的總功率最大，即能量采集效率最佳。

本實(shí)用新型的有益效果：