一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统的制作方法

本发明属于无线能量传输，具体为一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统。

背景技术：

1、随着人工智能技术的迅猛发展，全世界陷入了人工智能研究的热潮。但随之而来的便是电力的短缺。无论是地面的算力中心，还是太空算力中心，电力的供给都面临着巨大的挑战。在此背景之下，空间太阳能电站凭借着清洁、可持续、取之不尽的特点，成为各国解决电力缺口的热门研究方向。空间太阳能电站有两大核心研究领域，一是大功率的无线能量传输，二是高效的无限能量接收。

2、如申请号为202411366376.4的专利公开了一种微波无线传能波束高精度指向和跟踪方法和系统，通过干涉仪测角、能量中心自适应检测以及测距通信一体化反馈链路三个模块,利用干涉仪测角模块为能量波束对准提供初始指向角度,充电卫星根据干涉仪测角结果控制发射天线发射能量波束。波束到达接收天线阵面后,接收天线通过多个功率监测点测出的功率,然后通过自适应测量算法反演出能量中心的实际位置,得出入射波束在接收天线坐标系下的方位角以及中心偏移距离,结合测距信息,估计出入射波束的俯仰角,受能卫星通过测距通信一体化反馈链路将俯仰角和方位角估计值反馈到发射天线,对波束指向误差进行校正,从而实现微波传能系统的高精度波束指向控制。进而提升微波的无线能量传输效率。

3、但是上述方法只对发射端的波束指向进行了控制，接收天线本身的指向偏差也会影响微波无线能量接收，从而影响了整体的接收效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统。

2、本发明采用的技术方案如下：一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，由反射面天线、校准天线、整流组件、校准处理及控制组件、电池阵、二维转台及底座、射频传输线和电缆组成。

3、每个校准天线的法向均和接收天线的法向一致，校准天线之间的相位一致性优于±5°。当入射微波的入射角偏离90°时，校准天线将处在不同的波前面，因此截获的微波信号相位差将产生差异。

4、方位角为来波方向与x轴的夹角，俯仰角为来波方向与xoy面的夹角，为第个校准天线的位置，则每个校准天线相对圆中心位置的相位差为：

5、

6、式中，为第个校准天线相对圆中心位置的相位差，为圆中心的相位。

7、联立8个校准天线的相位差，可以计算得到入射微波的方位角和俯仰角。通过二维转台调整接收天线指向，使入射微波的俯仰角为90°，此时接收天线可以接收来波的能量达到最大化。

8、在一优选的实施方式中，所述反射面天线包括反射面、馈元天线、支撑结构。馈元天线通过支撑结构安装在反射面上。馈元天线安装在反射面的焦点处；

9、所述反射面天线安装于二维转台及底座上，通过螺栓进行固定。输出的射频信号通过射频传输线连接到整流组件的输入接口。整流组件通过螺栓安装在反射面天线的后端。

10、在一优选的实施方式中，所述校准天线由8个单元天线组成。每个天线工作的频点与反射面天线相同，极化方式也与反射天线面保持一致。这8个单元天线之间相位一致性优于±5°。

11、所述校准天线通过螺栓安装在反射面天线的反射面四周。其位置分布有特殊设计。校准天线的输出通过射频传输线连接至校准处理及控制组件的射频输入端口。

12、在一优选的实施方式中，所述整流组件由整流电路板和结构外壳组成。整流电路板通过螺钉固定在结构外壳上。

13、所述整流组件通过螺钉安装在反射面天线的后段。反射面天线的输出接口与整流组件的输入接口通过射频传输线相连接。整流组件的输出通过电缆连接至电池阵的输入端口。

14、在一优选的实施方式中，所述校准处理及控制组件由校准处理板、控制板和结构外壳组成，校准处理板和控制板通过螺钉安装在结构外壳内。

15、所述校准处理及控制组件通过螺钉安装在底座上。校准及控制组件的射频输入端口通过射频电缆连接到校准天线的输出端口。校准及控制组件的供电输入端口通过电缆连接至电池阵的供电输出端口。校准及控制组件的控制输出端口通过电缆连接至二维转台的控制输入端口。

16、在一优选的实施方式中，所述电池阵由输入适配器、电池、输出适配器、结构外壳组成，输入适配器、电池、输出适配器通过螺钉安装在结构外壳内。

17、所述电池阵通过螺栓安装在底座上。电池阵的输入端口通过电缆连接至整流组件的输出端口。电池阵的输出端口通过电缆连接至其他需要电能的设备。

18、在一优选的实施方式中，所述二维转台及底座由二维转台和底座组成，二维转台通过螺栓固定在底座上。反射面天线安装在二维转台及底座上，通过螺栓固定。二维转台的控制输入接口通过电缆连接至校准处理及控制组件的控制输出端口。二维转台及底座的供电输入端口通过电缆连接至电池阵的输出端口。

19、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

20、1、本发明中，通过在接收反射面天线的四周边缘部署多个校准天线，并保持各单元天线与主反射面法向一致且相位一致性高度稳定，系统能够实时、精确地感知来波方向与天线法线之间的微小偏差。当空间太阳能电站与接收端发生相对运动导致微波入射角度持续变化时，校准结构将偏差转化为可量化的相位差异信息，为后续指向调整提供了可靠依据，有效避免了因来波偏移造成的能量损失，显著提高了系统在动态条件下的稳定性。

21、2、本发明中，校准处理及控制组件通过分析各校准天线截获信号的相位差异，精确解算出当前入射微波的实际方位角与俯仰角，并驱动二维转台快速调整反射面天线的空间指向，使入射微波的俯仰角持续维持在最佳角度，从而最大限度地截获空间传输的微波能量。同时整流组件将接收到的射频信号高效转化为直流电能并存储至电池阵，为系统自身及其他外部设备提供稳定的能源供给，最终提高了整个无线能量传输系统的整体接收效率和供电可靠性。

1.一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：系统由反射面天线、校准天线、整流组件、校准处理及控制组件、电池阵、二维转台及底座、射频传输线和电缆组成；

2.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述反射面天线包括反射面、馈元天线、支撑结构；馈元天线通过支撑结构安装在反射面上；馈元天线安装的位置位于反射面的焦点处；

3.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述校准天线由8个单元天线组成；每个天线工作的频点与反射面天线相同，极化方式也与反射天线面保持一致；这8个单元天线之间相位一致性优于±5°；

4.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述整流组件由整流电路板和结构外壳组成；整流电路板通过螺钉固定在结构外壳上；

5.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述校准处理及控制组件由校准处理板，控制板和结构外壳组成，校准处理板和控制板通过螺钉安装在结构外壳内；

6.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述电池阵由输入适配器、电池、输出适配器、结构外壳组成；输入适配器、电池、输出适配器通过螺钉与结构外壳连接；

7.如权利要求1所述的一种接收功率自适应最大化的微波无线能量传输接收系统，其特征在于：所述二维转台及底座由二维转台和底座组成，二维转台通过螺栓固定在底座上；反射面天线安装在二维转台及底座上，通过螺栓固定；二维转台的控制输入接口通过电缆连接至校准处理及控制组件的控制输出端口；二维转台及底座的供电输入端口通过电缆连接至电池阵的输出端口。