[發(fā)明專利]一種不等功率分配的聚焦傳輸反射陣天線設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810688452.1
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108830009B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李龍;張沛;張雪芳;盧雨笑;張軒銘;趙琦
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q15/14;H01Q21/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開了一種不等功率分配的聚焦傳輸反射陣天線設(shè)計方法，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟是：(1)生成反射陣天線單元；(2)確定反射陣天線的規(guī)模；(3)繪制補(bǔ)償相位表；(4)確定能量接收焦點信息；(5)計算反射陣天線各單元的補(bǔ)償相位；(6)調(diào)整反射陣天線單元十字金屬貼片的長度；(7)構(gòu)造反射陣天線；(8)生成復(fù)權(quán)值矩陣。本發(fā)明提出一種不等功率分配的聚焦傳輸反射陣天線設(shè)計方法，以實現(xiàn)反射電磁超表面的多饋源多焦點不等功率分配的的近場聚焦特性，滿足無線通信與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的多輸入多輸出MIMO需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域中的一種不等功率分配的聚焦傳輸反射陣天線設(shè)計方法。本發(fā)明設(shè)計的天線可以實現(xiàn)多饋源多焦點的不等功率分配聚焦傳輸，滿足無線通信系統(tǒng)對無線能量多輸入多輸出不等功率分配的實際需求。

背景技術(shù)

隨著“智慧城市”，“萬物互聯(lián)”等概念的不斷發(fā)展，無線通信系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的能量供給面臨著全新的挑戰(zhàn)基于平面反射陣列天線，可通過其波束匯聚特性實現(xiàn)輻射式能量傳輸，具有損耗小、成本低，大角度電波束掃描的特性等優(yōu)點。但是傳統(tǒng)的平面反射陣傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聚焦區(qū)域功率分布較為發(fā)散，能量傳輸效率低，不能滿足當(dāng)下電子無線通信多輸入多輸出(MIMO)的實際需求。而傳統(tǒng)的近場聚焦平面反射陣天線雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的多源多焦點的聚焦，但是無法實現(xiàn)不等功率分配，不具有靈活性，使得能量無法實現(xiàn)高效利用。采用電磁超表面結(jié)構(gòu)設(shè)計聚焦反射陣列，可以實現(xiàn)對聚焦特性的靈活調(diào)控，能量在焦點更為集中，且可以實現(xiàn)不等功率分配，保證更高的能量傳輸及利用。

西安電子科技大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法”(申請?zhí)朇N201610471101.6，申請公布號CN106021818A)中提出了一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法。該方法先確定反射陣天線的單元結(jié)構(gòu)，選取反射陣天線的尺寸及單元間距，然后選擇饋源和焦點的位置，將饋源發(fā)出的電磁波照射到反射陣天線上，然后按照公式計算每個反射陣天線單元的補(bǔ)償相位，調(diào)節(jié)反射陣天線單元的尺寸滿足補(bǔ)償相位，實現(xiàn)預(yù)期的高效率的多饋源多焦點的聚焦。該方法存在的不足之處是：該方法設(shè)計的天線陣列在焦點處無法實現(xiàn)不等功率分配，難以實現(xiàn)能量的高效利用。

南京信息工程大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“微帶陣列聚焦天線的設(shè)計方法及微帶陣列聚焦天線”(申請?zhí)枺篊N201310535355.6，申請公開號：CN103646126A)中提出了一種微帶陣列聚焦天線的設(shè)計方法及聚焦天線能量傳輸系。統(tǒng)。該方法將微帶單元構(gòu)成一個陣列，通過調(diào)整相位補(bǔ)償實現(xiàn)能量聚焦。該方法存在的不足之處是，涉及的微帶陣列天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要有較為復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)。基于該方法設(shè)計得到發(fā)射天線，并在預(yù)期聚焦位置放置一個同發(fā)射天線單元相同尺寸的天線作為接收天線構(gòu)造無線傳輸系統(tǒng)，天線得到的相位分布滿足設(shè)計聚焦天線所要求的二次球面波分布，同時提高傳輸效率和傳輸距離。可以實現(xiàn)單焦點的無線能量傳輸。該方法所設(shè)計的天線存在的不足之處是，系統(tǒng)不能實現(xiàn)多饋源(多輸入)多焦點(多輸出)的聚焦，也無法實現(xiàn)功率的可調(diào)分配，因而難以滿足無線通信的多輸入多輸出需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種不等功率分配的聚焦傳輸反射陣天線設(shè)計方法，以實現(xiàn)反射電磁超表面的多饋源多焦點不等功率分配的的近場聚焦特性，滿足無線通信與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的MIMO需求。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：首先確定反射陣天線單元結(jié)構(gòu)和陣列規(guī)模，按照實際多輸入多輸出MIMO無線能量傳輸需要的接收端數(shù)目和每一個接收端需要的接收電場幅度，確定反射陣天線的能量接收焦點數(shù)目和接收電場幅度，計算獲取反射陣單元的補(bǔ)償相位，調(diào)整反射陣單元尺寸以滿足補(bǔ)償相位，最終構(gòu)造反射陣天線以實現(xiàn)無線能量聚焦傳輸各能量接收焦點的不等功率分配。

本發(fā)明的步驟包括如下：

(1)生成反射陣天線單元：

將一個十字形金屬貼片設(shè)置于介質(zhì)基板的中心位置，構(gòu)成一個單層十字結(jié)構(gòu)的反射陣天線單元；