一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于物联网领域，主要技术领域涉及物联网节点的能量供给，具体涉及一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置与方法。
【背景技术】
[0002]无线能量采集技术的出现，使得物联网节点的无线供电变为现实。通过无线能量采集技术实现对物联网节点的无线供电，避免了铺设电力线，或者更换电池的麻烦，使得物联网节点布设更加方便，布设密度更大，适用场景更多，工作寿命更长，并大大增加了使用的安全性和便利性。
[0003]目前，涉及到无线充电技术主要有电磁感应式、磁场共振式和无线电波式。
[0004]电磁感应式采用一对线圈用来传输和接收电流，初级线圈通过一定频率的交流电，通过电磁感应原理在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，属于近距离的感应耦合，充电距离非常短。
[0005]磁场共振式由能量发送装置，和能量接收装置组成，使两个装置在一定的频率上共振，彼此间进行能量交换，但是交换距离和线圈尺寸方面有很高的要求，一旦改变发射和接收节点之间的距离或改变线圈尺寸，接收功率就会急剧下降，应用存在自身的局限性。
[0006]无线电磁波式，主要采用射频技术，由微波发射装置和微波接收装置组成，类似无线通信技术，通过天线不仅可以进行信息收发，还可以进行能量收发。无线电磁波式可以实现较远距离的无线充电，但是相比电磁感应式和磁场共振式，由于电磁波的传输损耗，接收节点采集的能量微弱，而在能量接收过程中也存在漏电、接收效率低等因素，应用范围十分有限。
【发明内容】
[0007]为了克服现有无线电磁波式能量采集技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置与方法，可以在发射功率一定的情况下，最大限度的增加接收无线能量的功率，实现较远距离的无线能量充电。
[0008]本发明采用的技术方案:
[0009]—种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置，包括接收端及发射端，所述接收端包括天线模块、用于处理天线接收的训练序列得到接收天线相位偏移值的微处理器及储能模块，所述微处理器分别与天线模块及储能模块相互连接，所述储能模块与天线模块相互连接，所述天线模块包括依次连接的接收天线及LC匹配电路，所述接收天线及LC匹配电路为多个，且——对应。
[0010]所述发射端为射频发射机。
[0011]所述微处理器为单片机或数字信号处理器。
[0012]—种基于多天线接收的无线电磁波能量采集方法，包括如下步骤:
[0013]SI发射端发送训练序列到接收端；
[0014]S2接收端接收训练序列，通过微处理器计算处理，进行各个天线的信道估计；
[0015]S3根据信道估计值通过计算或者表格查询的方式得到各个接收天线的相位偏移权值；
[0016]S4发射端发射电磁波，各个接收天线根据S4得到的相位偏移权值对接收电磁波的相位进行偏移，并将各天线接收的电磁波进行叠加。
[0017]当发射端和接收端相对位置发生改变，或者距离上一次相移计算时间已超过一定的门限值，或者干扰明显时，重新进入准备阶段进行相移权值计算和调整，确保接收端接收到的能量功率保持最大。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]本方法通过多天线接收无线电磁波能量，提高能量接收效率，使接收端采集的能量功率达到最大，能够应用在现有的设备条件下，结构简单。
【附图说明】
[0020]图1是本发明装置的结构框图；
[0021]图2是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例
[0024]如图1所示，一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置与方法，包括接收端及发射端，所述接收端包括天线模块、用于处理天线接收的训练序列得到接收天线相位偏移权值的微处理器及储能模块，所述微处理器分别与天线模块及储能模块相互连接，所述储能模块与天线模块相互连接，所述天线模块包括依次连接的接收天线及LC匹配电路，所述接收天线及LC匹配电路为多个，且一一对应。
[0025]所述发射端为射频发射机，所述微处理器为低功耗类的单片机或者数字信号处理器(DSP)，微处理器用来处理各天线接收到的训练序列，进行信道估计，通过计算或者表格查询的方式得到各接收天线接收电磁波的相移并实现对收发能量的控制。本发明可选用TI公司MSP430系列的微控制器，主要是微处理器能够处于低功耗模式下使用，使电磁能充分储存起来。
[0026]所述接收端不同于单天线接收，通过多个接收天线与LC匹配电路连接构成天线丰旲块。
[0027]如图2所示，一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集方法，包括如下步骤:
[0028]在整个过程中，主要分两个阶段，准备阶段和能量收发阶段。
[0029]所述准备阶段为，发射端直接向接收端发射训练序列。发射端为厂家按照国家标准进行生产制造，发射端中的天线可采用定向天线，能够对准接收端，实现无线电磁波能量的定向传输，提高传输的效率。训练序列是收发两端共知的序列，用于同步、纠正相移和估计信道。
[0030]接收端各个接收天线接收到训练序列后，通过微处理器的计算处理，估计各接收天线与发射端的信道衰落，根据各信道不同衰落信息通过计算或者表格查询方式得到各接收天线接收电磁波的相移。完成后进入能量收发阶段。
[0031]在能量收发阶段，发射端通过定向天线对准接收端发射电磁波，各接收天线相移值设置由准备阶段得到，接收端对各接收天线的接收电磁波相移后并叠加，将能量通过储存模块储存起来。接收端可以每隔一段时间微调各个接收天线的相移，如果都不会使得接收功率增加，则可以判断接收无线电磁波能量的功率已经达到了最大。
[0032]当发射端和接收端相对位置发生变化，或者距离上一次相移计算时间已超过一定的门限值，或者干扰明显时，系统重新进入准备阶段计算调整各接收天线相移，使接收端单位时间内接收的能量功率保持最大，则储能效果最佳。
[0033]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置，其特征在于，包括接收端及发射端，所述接收端包括天线模块、用于处理天线接收的训练序列得到接收天线相位偏移值的微处理器及储能模块，所述微处理器分别与天线模块及储能模块相互连接，所述储能模块与天线模块相互连接，所述天线模块包括依次连接的接收天线及LC匹配电路，所述接收天线及LC匹配电路为多个，且一一对应。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射端为射频发射机。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理器为单片机或数字信号处理器。4.根据权利要求1-3任一项所述的装置的采集方法，其特征在于，包括如下步骤: SI发射端发送训练序列到接收端； S2接收端接收训练序列，通过微处理器计算处理，进行各个天线的信道估计； S3根据信道估计值通过计算或者表格查询的方式得到各个接收天线的相位偏移权值； S4发射端发射电磁波，各个接收天线根据S4得到的相位偏移权值对接收电磁波的相位进行偏移，并将各天线接收的电磁波进行叠加。5.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于，当发射端和接收端相对位置发生改变，或者距离上一次相移计算时间已超过一定的门限值，或者干扰明显时，重新进入准备阶段进行相移权值计算和调整，确保接收端接收到的能量功率保持最大。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多天线接收的无线电磁波能量采集装置与方法，包括接收端及发射端，所述接收端包括天线模块、微处理器及储能模块，天线模块包括接收天线及LC匹配电路，发射端发送训练序列，接收端通过接收训练序列进行信道估计，通过计算或者表格查询方式得到各天线接收电磁波的相位偏移，发射端发射电磁波，各个接收天线根据上一步得到的相对偏移值对接收的电磁波相位偏移后再叠加，使接收端总的接收能量功率达到最大。本发明能够提高能量接收效率。
【IPC分类】H02J17/00
【公开号】CN105162265
【申请号】CN201510586527
【发明人】柯峰, 唐大津, 黄晓宇, 麦帆, 邓远意
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月15日