一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机制造技术

本发明专利技术提供了一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机。本发明专利技术接收机的能量收电路采用分组分层的电路结构，可以按照需求增加与减少。首先，获取每层单个能量收集电路的最佳能效输入功率，并将此功率作为量化单位，然后，用量化单位表示天线接收信号的功率，并通过量化后的功率匹配对应比例的能量收集电路，最后，将收集的能量用类似的量化匹配方法供给内部需求、储能需求、外部需求。本发明专利技术将能量分配方法应用于能量接收机的能量收集电路与收集后的分配问题，使能量收集电路工作在最佳能效的功率点，提高了能量传输效率；能量收集电路的分层分组结构，扩展了接收机功率的接收域，为接收机能量收集电路的扩展与集成提供了一种参考方案。种参考方案。种参考方案。

【技术实现步骤摘要】
一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机


[0001]本专利技术涉及无线能量传输
，特别是指一种可扩展集成化的能量接收机与能量收集分配方法。

技术介绍

[0002]在收集无线能量时，发送端通过无线射频信号将能量传输到接收端，接收天线将收获的信号输入能量收集电路，完成电能的分配输出与存储利用，实现能量收集。
[0003]对较大功率的无线能量收集效果进行衡量时，关注的指标是用户可接受的射频信号输入功率的大小，与能量接收电路对较大功率信号的接收能力和转化效率。现有的电路一般采用单能量收集电路与多能量收集电路，单能量收集电路在较大的输入功率下会进入饱和状态，能量接收功率受到阈值限制，转化效率低；多能量收集电路一般采用均等能量分流，电路数、分流数确定难，反馈调节过程较复杂，难于集成化，规模化，没有考虑电路的扩展性与集成性。
[0004]申请号为201811198330的专利技术专利提出了，利用芯片进行能量分配的接收方法与多电路收集的能量接收机，但该专利中并未考虑能量收集电路阵列组成问题。
[0005]总之，现有技术中普遍存在用户接收电路的射频信号可接收功率低、多能量收集电路射频能量收集整体效率不高的问题，制约了无线能量传输技术在较大功率传输方向上的集成化与规模化发展。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种能量收集电路可集成化可扩展的能量接收机，并提出了一种适用于所述接收机系统的功率量化匹配方法。该接收机系统具有集成度高、可接收功率大、可扩展的特点，其将集成技术与量化匹配方法应用于能量收集电路中，可以有效提高射频能量收集系统的整体效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施所采用的技术方案如下所示：
[0008]一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机，包括接收天线、能量收集电路、输入功率分配控制器、输出功率控制器：
[0009]所述接收天线为多个或阵列天线，用于接收发送机传输的信号；
[0010]所述能量收集电路为分组分层结构，依据分层与分组的比例关系接收输入信号功率；
[0011]所述输入功率分配控制器，用于获取接收天线接收的信号功率，获取能量收集电路的最佳能效接收功率，量化接收天线的接收功率，并按能量收集电路每层每组的最佳接收功率比例来分配量化之后的输入功率；
[0012]最佳能效接收功率以及最佳能效输出功率为实际测量得到，即为能量收集电路输入输出转化比例最大时的输入与输出功率，此时电路的输入功率为最佳能效输入功率，输出功率为最佳能效输出功率，两者合称为最佳能效功率；
[0013]输出功率控制器连接能量收集电路和能量需求端，用于获取电路最佳能效输出功率以及能量需求端的需求功率，量化需求端的能量需求功率与能量收集电路的输出功率，并通过量化比例给需求端分配功率。
[0014]进一步地，所述能量收集电路中，四个分组构成一个分层，各组依次包含1、2、2、5条能量收集电路，采用排列组合方式，用1、2、5这三种数字组成3、4、6、7、8、9这几个数，从而使得所用的数字种类数最少，其中数字2要使用两次来组成数字9。
[0015]进一步地，所述能量收集电路的分层中，第一层的每条电路为各层中单电路中最佳能效功率最小的一层，包含十条特性相同的电路，每层电路包括四个分组，在各分层内，均任取一个单电路，它们之间的最佳能效功率依次相差十倍。
[0016]进一步地，所述输入功率分配控制器以第i层电路中的第一个单电路的最佳能效输入功率P
i1
为天线接收信号功率的量化单位，量化天线接收信号功率P
I
，用最小量化单位P
11
量化P
I
，可表示为P
′
I
＝P
I
/P
11
；能量收集电路的分层分组结构通过下式可量化表示天线接收信号的功率：
[0017][0018]式中P
D
和[P
′
I
]分别为P
I
量化后的小数部分与整数部分；
[0019]定义量化系数为量化单位的系数，量化系数包括1、2、5；定义匹配比例为能量收集电路每层中每组分配的量化系数之比；量化之后，依据匹配比例给所述能量收集电路分配功率。
[0020]进一步地，所述输出功率控制器以单电路中最小的最佳能效输出功率P
′
11
为输出量化单位，量化通过能量收集电路获得的功率以及终端的各项能量需求功率，两个方向的功率的匹配比例通过如下量化公式得出：
[0021][0022]进一步地，所述输出功率控制器直接将能量收集电路的输出功率按照匹配比例分配给能量需求端，在满足内部需求的条件下，利用剩余功率为远端多用户提供中继供能。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]1、本专利技术将多个能量收集电路集成起来进行能量收集，且可扩展收集电路的层数，扩大了能量收集域的上限与最大能量输出域的上限，拓展了本专利技术的能量接收范围。
[0025]2、本专利技术将采用量化功率匹配控制，对能量收集电路的输入功率进行量化，并与多能量收集电路的接收功率进行匹配，只有匹配的收集电路才接受输入的能量，其余电路处于休眠状态，根据具体需求可增加或减少模块化的能量接收电路，扩展了收集电路的功率接收域与输出域，量化匹配方法简化了能量分配过程，保证各单独电路工作在功率输入输出百分比较高的非饱和区内，提升了能量转化效率。
[0026]3、本专利技术将多个能量收集电路分层分组集成在一起，能够减小含有多个能量收集电路的接收机的整体尺寸，从而提高多能量收集电路接收机的集成度。
[0027]4、本专利技术中能量收集电路输出的功率控制端，可灵活利用收集的能量，优先供内部能量需求，其余能量可储存在内部的储能电池中，或者供给急需能量的外部需求端。
附图说明
[0028]为了清楚表述本专利技术的实施例的技术方案，下面附上实施例中的关键附图及其简介。应注意的是，下面附图仅展示本专利技术的某种实施例方案，不是对本专利技术范围的限定，本领域的技术人员，在没有付出创造性的工作的前提下，还可以由本专利技术附图得到其它相关附图。
[0029]图1是本专利技术实施例中一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机系统示意图。
[0030]图2是本专利技术实施例中所述能量收集分配方法的流程图。
[0031]图3是图1的中多个能量收集电路分层分组结构的正视图和俯视图。
[0032]图4是本专利技术实施例中单个能量收集电路输入输出功率与转化率图。
[0033]图5是本专利技术实施例中所述多个能量收集电路的各层集成化分组排列示意图。
[0034]图6是本专利技术实施例中收集电路输出功率控制端示意图。
[0035]图7是本专利技术实施例提供的曲线图。
[0036]图标：101
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天线；102
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输入功率分配控制器；103<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机，其特征在于，包括接收天线、能量收集电路、输入功率分配控制器、输出功率控制器：所述接收天线为多个或阵列天线，用于接收发送机传输的信号；所述能量收集电路为分组分层结构，依据分层与分组的比例关系接收输入信号功率；所述输入功率分配控制器，用于获取接收天线接收的信号功率，获取能量收集电路的最佳能效接收功率，量化表示接收天线的接收信号功率，并按能量收集电路每层每组的最佳接收功率比例来分配量化之后的输入功率；所述最佳能效接收功率和最佳能效输出功率为实际测量得到，即为能量收集电路输入输出转化比例最大时的输入与输出功率，此时电路的输入功率为最佳能效输入功率，输出功率为最佳能效输出功率，两者合称为最佳能效功率；所述输出功率控制器连接能量收集电路和能量需求端，用于获取单个能量收集电路的最佳能效输出功率和能量需求端的需求功率，量化表示能量收集电路的输出总功率与能量需求端的需求功率，并通过量化比例给能量需求端分配功率。2.根据权利要求1所述的一种能量收集电路集成化可扩展的能量接收机，其特征在于，所述能量收集电路中，四个分组构成一个分层，各组依次包含1、2、2、5条能量收集电路，采用排列组合方式，用1、2、5这三种数字组成3、4、6、7、8、9这几个数，从而使得所用的数字种类数最少，其中数字2要使用两次来组成数字9。3.根据权利要求2所述能量收集电路的分层分组结构，其特征在于，所述能量收集电路的分层中，第一层每条电路的最佳能效功率是所有层中最小的，包含十条特性相同的电路，每层电路包括四个分组，在各分层内，均任取一个单电路，它们之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝龙，薛亮，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：