基于天线阵列设计的无线功率传输的设备及方法与流程

文档序号:20614538发布日期:2020-05-06 19:59阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于天线阵列的无线功率传输的方法,包括:

用多个天线单元接收(101)来自至少一个用户设备的导引信号;

针对所述多个天线单元中的每个天线单元:

将接收到的所述导引信号与本振信号混合(102);

通过低通滤波器对经混合的信号进行滤波(103),以生成与所述导引信号相位共轭的下边带信号;

根据所述导引信号的属性和所述至少一个用户设备的功率需求,确定(104)脉冲控制参数的值;

生成(105)至少一个非矩形脉冲控制信号,所述非矩形脉冲控制信号的数目由所述至少一个用户设备的数目确定,所述非矩形脉冲控制信号是所述脉冲控制参数的函数;

根据所述至少一个非矩形脉冲控制信号对所述下边带信号进行调制(106);和

用所述多个天线单元辐射(107)经调制的下边带信号。

2.根据权利要求1所述的方法,还包括:

根据所述多个天线单元中的每个天线单元的工作频率,确定所述至少一个非矩形脉冲控制信号的调制频率,所述工作频率是所述调制频率的至少1000倍。

3.根据权利要求2所述的方法,其中所述脉冲控制参数包括:

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号的周期导通时长,用于对所述天线单元进行时间调制;和

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号中的每个非矩形脉冲控制信号的权重,用于对每个非矩形脉冲控制信号的时间调制进行加权。

4.根据权利要求2所述的方法,其中所述脉冲控制参数由以下构成:

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号的周期导通时长,用于对所述天线单元进行时间调制;和

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号中的每个非矩形脉冲控制信号的权重,用于对每个非矩形脉冲控制信号的时间调制进行加权。

5.根据权利要求1所述的方法,其中所述导引信号的属性包括所述下边带信号的相位。

6.根据权利要求1所述的方法,其中所述功率需求包括每个用户设备所需的功率和所述用户设备所分布的范围。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中所述脉冲控制参数的值还通过随机优化的方式被确定。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,还包括:

在所述辐射(107)之前,对经调制的下边带信号进行放大。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,还包括:

由多路等功分器将所述本振信号分配至与所述多个天线单元中的每个天线单元关联的回路。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中针对所述多个天线单元中的每个天线单元,所述非矩形脉冲控制信号的数目等于所述用户设备的数目。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中所述调制(106)包括:

在正交双通道电路中的同相通道上,根据所述至少一个非矩形脉冲控制信号对所述下边带信号进行调制以得到第一调制信号;

在所述正交双通道电路中的正交通道上,根据所述至少一个非矩形脉冲控制信号的正交信号对所述下边带信号进行调制,并相移π/2以得到第二调制信号;和

将所述第一调制信号与所述第二调制信号合并。

12.一种基于天线阵列的无线功率传输的设备,包括:

多个天线回路(210),所述多个天线回路中的每个天线回路包括:

天线单元(211),用于接收来自至少一个用户设备的导引信号;

混频器(212),用于将接收到的所述导引信号与本振信号混合;

低通滤波器(213),用于对经混合的信号进行滤波,以生成与所述导引信号相位共轭的下边带信号;

单边带调制器(214),根据至少一个非矩形脉冲控制信号对所述下边带信号进行调制,经调制的下边带信号适于通过所述天线单元被辐射;

脉冲产生器(220),其被配置为:

根据所述导引信号的属性和所述至少一个用户设备的功率需求,确定脉冲控制参数的值;和

针对所述多个天线回路中的每个天线回路生成所述至少一个非矩形脉冲控制信号,所述非矩形脉冲控制信号的数目由所述至少一个用户设备的数目确定,所述非矩形脉冲控制信号是所述脉冲控制参数的函数。

13.根据权利要求12所述的设备,其中所述脉冲产生器被配置为根据所述多个天线回路中的所述天线单元的工作频率,确定所述至少一个非矩形脉冲控制信号的调制频率,所述工作频率是所述调制频率的至少1000倍。

14.根据权利要求13所述的设备,其中所述脉冲控制参数包括:

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号的周期导通时长,用于对所述天线单元进行时间调制;和

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号中的每个非矩形脉冲控制信号的权重,用于对每个非矩形脉冲控制信号的时间调制进行加权。

15.根据权利要求13所述的设备,其中所述脉冲控制参数由以下构成:

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号的周期导通时长,用于对所述天线单元进行时间调制;和

针对所述至少一个非矩形脉冲控制信号中的每个非矩形脉冲控制信号的权重,用于对每个非矩形脉冲控制信号的时间调制进行加权。

16.根据权利要求12所述的设备,其中所述导引信号的属性包括所述下边带信号的相位。

17.根据权利要求12所述的设备,其中所述功率需求包括每个用户设备所需的功率和所述用户设备所分布的范围。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的设备,其中所述脉冲控制参数的值还通过随机优化的方式被确定。

19.根据权利要求12至17中任一项所述的设备,其中所述多个天线回路中的每个天线回路还包括:

放大器(215),用于对经调制的下边带信号进行放大。

20.根据权利要求12至17中任一项所述的设备,还包括:

多路等功分器(230),用于将所述本振信号分配至所述多个天线回路中的每个天线回路的所述混频器。

21.根据权利要求12至17中任一项所述的设备,其中针对所述多个天线回路中的每个天线回路,所述非矩形脉冲控制信号的数目等于所述用户设备的数目。

22.根据权利要求12至17中任一项所述的设备,其中所述单边带调制器由正交双通道电路构成,所述正交双通道电路包括:

在所述正交双通道电路中的同相通道上的第一可变增益放大器(216),用于接收所述至少一个非矩形脉冲控制信号并由此对所述下边带信号进行调制以得到第一调制信号;

在所述正交双通道电路中的正交通道上的第二可变增益放大器(217)和与其串联的移相器(218),所述第二可变增益放大器(217)用于接收所述至少一个非矩形脉冲控制信号的正交信号并由此对所述下边带信号进行调制,所述移相器(218)用于对经调制的下边带信号相移π/2以得到第二调制信号;和

合路器(219),用于将所述第一调制信号与所述第二调制信号合并。

23.一种基于天线阵列的无线功率传输系统,包括:

根据权利要求12至22中任一项所述的基于天线阵列的无线功率传输的设备;和

向所述用于无线功率传输的设备发送导引信号且接收来自所述用于无线功率传输的设备的辐射信号的至少一个用户设备。


技术总结
本公开的实施例涉及基于天线阵列设计的无线功率传输的方法、设备和无线功率传输系统。采用本公开的实施例,可以根据不同的能量分配需求同时对空间中多个分立用户充电,且用户位置切换时,发射阵列可以快速响应、调整波束辐射方向。相比于传统相控阵,该阵列在多波束指向情景下波束指向更精准;采用余弦和脉冲信号完成时间调制,相比于常规矩形脉冲调制阵列,阵列产生的辐射波束数量易控、且各波束的指向独立可控,避免了无用边带辐射造成的浪费,提高了点到多点的空间传输效率。通过数字控制方式实现天线通道的时间调制,可以在无需移相器的条件下,实现阵列的多波束独立指向控制、超低副瓣辐射,有效提高无线功率传输系统的效率。

技术研发人员:郭永新;杨钰茜
受保护的技术使用者:新加坡国立大学;苏州工业园区新国大研究院
技术研发日:2018.10.26
技术公布日:2020.05.05
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