本發(fā)明涉及微波無線電能傳輸技術，公開微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法，屬于電通信的。

背景技術：

1、近年來，微波無線電能傳輸技術得到了蓬勃發(fā)展。微波無線電能傳輸技術能夠實現(xiàn)遠距離無線的電能傳輸，避免了傳統(tǒng)有線電力傳輸中存在的電纜損耗、維護成本高等問題。微波無線電能傳輸技術可以通過收發(fā)天線的對準實現(xiàn)功率的定向發(fā)射，不受地形、地貌等自然條件的限制，適用于各種環(huán)境和場合。

2、定向發(fā)射技術能夠顯著提高能量利用率和系統(tǒng)效率。傳統(tǒng)微波定向發(fā)射技術主要可以通過兩種方式實現(xiàn)，一是基于相控陣原理的開環(huán)定向發(fā)射，根據已知的收發(fā)天線位置得到移相角，依據所得移相角為發(fā)射天線各子陣列饋電；二是基于疊加原理的定向發(fā)射方法，通過在0°～360°范圍內對發(fā)射天線各子陣列的移相角進行逐個小步進掃描，記錄并篩選出使接收功率達到最大的移相角，依據所篩選出的移相角為發(fā)射天線各子陣列進行饋電。第一種微波定向發(fā)射技術理論上可以實現(xiàn)功率的定向發(fā)射，但是由于發(fā)射天線在制造、安裝、實際使用時會產生一定誤差，導致實際發(fā)射角與理論計算值存在偏差，雖然可以通過相位校準的方式加以修正，但隨著子陣列數量的增加，校準工作量劇增，工程應用價值較低。第二種微波定向發(fā)射技術需要對所有發(fā)射天線通道的移相角進行逐個小步進掃描，工作量大且耗時長。因此，需要尋找一種普適性強、簡單有效且能夠快速實現(xiàn)功率定向發(fā)射的方式。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的發(fā)明目的是針對上述背景技術的不足，提出微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法，解決現(xiàn)有定向發(fā)射方法存在發(fā)射角偏差和方案耗時長的技術問題，通過粗調方式大步進鎖定移相角的起始細調區(qū)間，利用黃金分割法快速尋優(yōu)移相角細調區(qū)間，提升發(fā)射天線子陣列最佳移相角的搜尋速度，從而保證每個發(fā)射天線通道均工作在最佳移相角，使接收端功率達到最大，實現(xiàn)微波功率定向發(fā)射的發(fā)明目的。

2、本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的所采用的技術方案具體如下：

3、微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法，包括如下步驟：

4、步驟1，開啟第一發(fā)射通道，并初始化第一發(fā)射通道移相角為零；

5、步驟2，對其余發(fā)射通道，依次進行移相角粗調節(jié)以及移相角細調節(jié)，移相角細調節(jié)通過黃金分割算法優(yōu)化其余發(fā)射通道的移相角細調區(qū)間，根據其余發(fā)射通道的移相角細調區(qū)間確定其余發(fā)射通道的細調移相角，其余發(fā)射通道的移相角初始細調區(qū)間由移相角粗調節(jié)獲取的粗調移相角確定；

6、步驟3，第一發(fā)射通道在移相角零下工作，其余發(fā)射通道在各自的細調移相角下工作。

7、作為微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法的進一步優(yōu)化方案，步驟2中的移相角粗調節(jié)具體為：開啟其余發(fā)射通道，根據其余發(fā)射通道在正負相反但數值相同的移相角下工作時的接收功率，判斷其余發(fā)射通道移相角的調節(jié)方向以及粗調區(qū)間；根據其余發(fā)射通道移相角調節(jié)方向，在其余發(fā)射通道移相角粗調區(qū)間內搜索使得當前接收功率大于最大接收功率的粗調移相角。

8、作為微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法的進一步優(yōu)化方案，移相角細調節(jié)通過黃金分割算法優(yōu)化其余發(fā)射通道的移相角細調區(qū)間，以接收功率最大化為目標，以其余發(fā)射通道移相角細調區(qū)間的跨度小于細調移相角精度為停止優(yōu)化的條件。

9、作為微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法的進一步優(yōu)化方案，其余發(fā)射通道的細調移相角為最終優(yōu)化的移相角細調區(qū)間的中間值。

10、作為微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法的再進一步優(yōu)化方案，移相角粗調節(jié)具體包括如下步驟：

11、步驟a，初始化其余發(fā)射通道的索引i＝2，i小于或等于n時，進入步驟b，否則，進入步驟3，n為發(fā)射通道總數；

12、步驟b，開啟發(fā)射通道i，記錄發(fā)射通道i在移相角α°和-α°下工作時的接收功率pri(α)和pri(-α)，pri(α)>pri(-α)，發(fā)射通道i移相角的調節(jié)方向為正且粗調區(qū)間為[0°,180°]，否則，發(fā)射通道i移相角的調節(jié)方向為負且粗調區(qū)間為[180°,360°]；

13、步驟c，初始化粗調索引j＝0；發(fā)射通道i移相角的調節(jié)方向為正時，以α°為間隔并在[0°,180°]區(qū)間內取(180/α+1)個移相角；發(fā)射通道i移相角的調節(jié)方向為負時，以-α°為間隔并在[180°,360°]區(qū)間內取(180/α+1)個移相角；

14、步驟d，j小于或等于180/α時，進入步驟e，否則，進入步驟m；

15、步驟e，根據粗調索引j的取值，計算發(fā)射通道i的粗調移相角phsi＝(αj)°，記錄發(fā)射通道i在移相角(αj)°下工作時的接收功率prij；

16、步驟f，發(fā)射通道i在移相角(αj)°下工作時的接收功率prij大于最大接收功率時，更新最大接收功率為發(fā)射通道i在移相角(αj)°下工作時的接收功率prij，并記錄粗調索引j的取值，否則，進入步驟g；

17、步驟g，j＝j+1，返回步驟d。

18、作為微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法的更進一步優(yōu)化方案，移相角細調節(jié)具體包括如下步驟：

19、步驟m，比較發(fā)射通道i在移相角(α(k-1))°下工作時的接收功率pri(k-1)和發(fā)射通道i在移相角(α(k+1))°下工作時的接收功率pri(k+1)，k為細調索引，k的初始值為移相角粗調過程中使得當前接收功率大于最大接收功率的粗調移相角對應的粗調索引值；pri(k-1)≤pri(k+1)或k＝0，則初始化發(fā)射通道i移相角細調區(qū)間[a,b]為[α°k,α°(k+1)]；pri(k-1)>pri(k+1)或k＝180/α，則初始化發(fā)射通道i移相角細調區(qū)間[a,b]為[α°(k-1),α°k]；

20、步驟n，初始化第一移相角θ1、第二移相角θ2、黃金分割比β和細調移相角精度ε，θ1＝0°，θ2＝0°，β＝0.618；

21、步驟o，令θ1＝b-β(b-a)，記錄發(fā)射通道i在第一移相角θ1下工作時的接收功率pri(θ1)；令θ2＝a+β(b-a)，記錄發(fā)射通道i在第二移相角θ2下工作時的接收功率pri(θ2)；

22、步驟p，pri(θ1)≥pri(θ2)，則b＝θ2，θ2＝θ1，pri(θ2)＝pri(θ1)，令θ1＝b-β(b-a)并記錄發(fā)射通道i在當前第一移相角θ1下工作時的接收功率pri(θ1)；pri(θ1)<pri(θ2)，則a＝θ1，θ1＝θ2，pri(θ1)＝pri(θ2)，令θ2＝a+β(b-a)并記錄發(fā)射通道i在當前第二移相角θ2下工作時的接收功率pri(θ2)；

23、步驟q，b-a<ε，則設定發(fā)射通道i細調移相角phsi為[(a+b)/2]°，進入步驟r，否則，返回步驟p；

24、步驟r，i＝i+1，返回步驟a。

25、本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果：

26、(1)本發(fā)明提出的微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法，通過先粗調后細調的移相角尋優(yōu)，使發(fā)射天線n個子陣列所產生場強的線性疊加最大，從而接收功率達到最大，提高能量利用率和系統(tǒng)效率，適用于任意n個通道的發(fā)射天線陣列的移相角尋優(yōu)，具有較強的普適性。

27、(2)本發(fā)明提出的微波無線電能傳輸系統(tǒng)中基于黃金分割的定向發(fā)射方法，依次對各個通道移相角粗調后基于黃金分割法進行細調，粗調過程通過確定移相角調節(jié)方向縮小粗調區(qū)間，再在粗調區(qū)間內大步進搜索接收功率最大化的粗調移相角，進而確定初始細調區(qū)間，結合黃金分割算法快速優(yōu)化細調區(qū)間進而鎖定最終的細調移相角，可大大縮減移相角尋優(yōu)的耗時，進而縮減功率定向發(fā)射的耗時。