[發(fā)明專利]具有自供能和波束自追蹤能力的無線能量傳輸系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210735544.7
• 申請(qǐng)日: 2022-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN115173582A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉震國(guó);張超;陸衛(wèi)兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/20
• 分類號(hào): H02J50/20;H02J50/23;H02J50/27;H02J50/90;H02J50/80;H01Q1/44;H01Q21/06;H01Q23/00;H02S40/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發(fā)明是一種具有自供能和波束自追蹤能力的無線能量傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列和雙極化終端整流天線兩部分組成；雙極化終端整流天線發(fā)出信標(biāo)信號(hào)，由具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列接收，經(jīng)信號(hào)處理后由具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列發(fā)出回溯信號(hào)給雙極化終端整流天線。本發(fā)明提出了一種具有自供能和波束自追蹤能力的無線能量傳輸系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的相控陣網(wǎng)絡(luò)和人為的提供額外的能量，便可以自動(dòng)定位終端整流天線，并提供功率放大的電磁能量。該系統(tǒng)僅僅依靠太陽能便可以追蹤多個(gè)、移動(dòng)中的終端，并通過終端的整流天線為終端提供能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線能量傳輸系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠自供能和具有自動(dòng)追 蹤波束的可回溯天線陣列及其終端整流天線系統(tǒng)。

技術(shù)背景

隨著5G通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通訊基站及傳感器的數(shù)量呈現(xiàn)了爆炸式 的增長(zhǎng)，他們的能量供應(yīng)問題成為了急需解決的問題。其中，無線能量傳輸技術(shù) 由于其方便、靈活的充電方式引起了研究人員的廣泛關(guān)注。對(duì)于一個(gè)理想的無線 能量傳輸系統(tǒng)，提高發(fā)射端或者接收端的天線的增益，可以明顯的提高接收端的 功率輸出。然而，在實(shí)際中，天線的增益往往和天線的波束寬度是一個(gè)相互制約 的關(guān)系：當(dāng)提高天線的增益時(shí)，天線的波束寬度會(huì)有一個(gè)明顯的變窄。這時(shí)，我 們可能需要使用相控陣技術(shù)來不斷地調(diào)整發(fā)射天線的最大波束方向使其與終端 接收天線的最大波束方向?qū)?zhǔn)，這造成了系統(tǒng)的復(fù)雜性的提高和成本的增加，可 能無法為快速移動(dòng)中的電子設(shè)備供電，而且復(fù)雜的相控陣網(wǎng)絡(luò)也會(huì)造成功率損耗， 影響無線能量傳輸整個(gè)系統(tǒng)的功率損耗從而降低系統(tǒng)的效率。

另一方面，太陽能是環(huán)境中能量密度最大的一種能量，它具有綠色無污染且 利用方便等特點(diǎn)被廣泛的使用在各個(gè)領(lǐng)域。其中，太陽能天線已經(jīng)逐漸成為了一 個(gè)研究的熱門領(lǐng)域。通常，太陽能天線是將太陽能電池和天線系統(tǒng)結(jié)合，太陽能 電池通過接收太陽能為電子設(shè)備提供能量。這種自供能的系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用到戶 外的通訊設(shè)備。但在某些應(yīng)用場(chǎng)景，當(dāng)終端本身較小或無法與太陽能電池集成在 一起時(shí)，通過其他陣列為其進(jìn)行無線充電就是一個(gè)可行的方案。這樣就能夠在有 線充電不方便時(shí)，為終端系統(tǒng)提供能量。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足或改進(jìn)需求并結(jié)合自供能天線的特性， 本文提出了一種具有自供能和波束自追蹤能力的無線能量傳輸系統(tǒng)，它將太陽能 與可回溯天線結(jié)合，能夠直接將太陽能電池接收到的能量轉(zhuǎn)化為發(fā)射機(jī)的回溯信 號(hào)的能量，從而為終端系統(tǒng)提供能量。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種具有自供能和波束自追蹤 能力的無線能量傳輸系統(tǒng)采用的具體方法是：

該系統(tǒng)包括具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列和雙極化終端整流天 線兩部分組成；雙極化終端整流天線發(fā)出信標(biāo)信號(hào)，由具有自供能及波束自追蹤 的回溯天線陣列接收，經(jīng)信號(hào)處理后由具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列 發(fā)出回溯信號(hào)給雙極化終端整流天線。

其中，所述具有自供能及波束自追蹤的回溯天線陣列至少包括1×4個(gè)雙極化 太陽能微帶天線陣列及與之連接的有源相位共軛電路和電源管理電路；雙極化太 陽能微帶天線陣列中的太陽能電池的正負(fù)極通過電感和導(dǎo)線連接到電源管理電 路，電源管理電路輸出端連接著有源相位共軛電路的兩個(gè)功率放大器供電端口， 由電源管理電路提供有源相位共軛電路的電源；在有源相位共軛電路的輸入輸出 端口分別與雙極化太陽能微帶天線陣列的兩個(gè)饋電端口連接。

所述雙極化太陽能微帶天線陣列由太陽能電池板、介質(zhì)基板和金屬地構(gòu)成； 介質(zhì)基板的上表面設(shè)置所述太陽能電池板，介質(zhì)基板的下表面設(shè)置金屬地，太陽 能電池板同時(shí)作為雙極化太陽能微帶天線陣列的輻射器。

所述有源相位共軛電路由一個(gè)混頻器和兩個(gè)功率放大電路組成，來自饋電端 口一端的信號(hào)進(jìn)入第一個(gè)功率放大電路，由第一個(gè)功率放大電路將信號(hào)放大后送 入混頻器，經(jīng)混頻器混頻的信號(hào)再送入第二個(gè)功率放大電路，由第二個(gè)功率放大 電路將處理后的信號(hào)送入饋電端口的另一端；來自太陽能電池的電源送入電源管 理電路，由電源管理電路給混頻器和兩個(gè)功率放大電路供電。