低剖面整流天线的直流合成走线设计方法

本发明属于无线通信，涉及低剖面整流天线的直流合成走线设计方法。

背景技术：

1、随着微波无线能量传输技术的迅速发展，对于具有低剖面、轻质量和高效率等特点的微波无线供电系统的需求越来越迫切。然而，现有微波无线供电系统的接收分系统在设计流程上存在一些问题。

2、传统的设计流程是天线设计人员先提出接收天线结构，然后电路设计人员设计整流电路，在将接收天线与整流电路进行集成设计得到整流天线之后，再对整流天线阵列进行直流合成方案设计。这种“先天线后整流再直流合成”的设计流程忽略了直流合成走线对接收天线性能和接收天线间互耦特性的影响，在设计方面，在实现直流合成走线的串并联方案时，将整流天线单元的正负极节点间通过导线焊接在一起，而导线外露于天线结构外，必然会对天线电性能产生不良影响，还会使得接收分系统剖面高度增加，导致天线性能下降，使得整流天线效率降低，从而影响整个微波无线供电系统的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，解决了现有技术中存在接收分系统剖面高度增加，天线性能降低的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1、选取低剖面天线作为直流合成走线布局的基础天线；

4、步骤2、进行网格化处理；

5、步骤3、对步骤2网格化后直流合成走线的可行域进行数字化处理；

6、步骤4、计算初始种群中个体的适应度值；

7、步骤5、采用遗传算法判断是否达到终止条件；

8、步骤6、平滑处理布局方案。

9、本发明的特点还在于，

10、步骤1根据微波无线供电系统对整流天线的剖面高度要求，选取一款低剖面天线作为直流合成走线布局的基础天线；低剖面天线共分3层，上层为贴片层，中间为介质层，下层为馈电层。

11、步骤1上层或者下层部分留有一定的可行域空间，进行直流合成走线布局，低剖面天线利用圆形贴片辐射实现圆极化的特性。

12、步骤2是在步骤1的基础天线上划分出直流合成走线的可行域，划分后的直流合成走线可行域，将可行域划分为m×n个网格。

13、步骤3具体按照以下步骤实施：

14、步骤3.1、将每个网格中的布局信息转化为数字，用数字矩阵表示不同的直流合成走线形状；用0表示在小网格内不填充的金属，用1表示在小网格内填充的金属，从而得到0/1矩阵用于表示直流合成走线形状。

15、步骤3.2、将直流合成走线所对应的数字矩阵进行染色体编码，形成初始种群；

16、步骤3.2具体为：

17、初始种群生成模块中编码时根据直流合成走线的布局信息，按以下方式进行编码：以编码串方式存放直流合成走线的形状信息，表示为q＝[q1,q2,q3…]；变量qn的取值数值是{0,1}，用l来表示1或0的二进制编码串的长度，则二进制编码的编码精度为：

18、

19、种群数目n：种群数目n在20到60之间。

20、步骤4具体按照以下步骤实施：设置种群个体的代沟gap、交叉概率pc，变异概率pm，结合初始种群中的各个体适应度值进行选择、交叉和变异操作，产生新一代种群；

21、适应度计算公式为：

22、

23、式中，n为工作频带内所取频点总数；|s11*|表示此n个频点处反射系数绝对值的归一化值；和ar*分别表示此n个频点处最大增益和轴比的归一化值；w1、w2和w3分别表示其对应的权重系数，且w1+w2+w3＝1。

24、步骤4中代沟gap取0.8到1；交叉概率pc取0.25到0.75；变异概率pm取0.01到0.2。

25、步骤5中若遗传算法达到所设定的遗传代数终止条件，则对新一代种群中适应度最大的个体进行染色体解码，得到直流合成走线布局的初始方案；否则返回执行步骤4；

26、步骤6中对初始直流合成走线布局方案进行调整，通过进一步平滑处理，包括填补走线上的孔洞和走线外边缘等，得到整流天线直流合成走线布局的最终方案。

27、本发明的有益效果是：本发明低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，通过在整流天线上增加直流合成走线，最小化直流合成走线对天线性能的影响，利用遗传算法的搜索和优化能力，自动化地生成整流天线的走线初始布局方案，再对生成后的初始布局方案进行平滑处理后，得到整流天线直流合成的走线布局方案；从而提高天线性能和整个微波无线供电系统的性能表现。本发明对于低剖面整流天线的直流合成走线布局设计有较高的理论意义和应用价值。

技术特征：

1.低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤1根据微波无线供电系统对整流天线的剖面高度要求，选取一款低剖面天线作为直流合成走线布局的基础天线；低剖面天线共分3层，上层为贴片层，中间为介质层，下层为馈电层。

3.根据权利要求2所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤1上层或者下层部分留有一定的可行域空间，进行直流合成走线布局，低剖面天线利用圆形贴片辐射实现圆极化的特性。

4.根据权利要求3所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤2是在步骤1的基础天线上划分出直流合成走线的可行域，划分后的直流合成走线可行域，将可行域划分为m×n个网格。

5.根据权利要求4所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

6.根据权利要求5所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤3.2具体为：

7.根据权利要求6所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：设置种群个体的代沟gap、交叉概率pc，变异概率pm，结合初始种群中的各个体适应度值进行选择、交叉和变异操作，产生新一代种群；

8.根据权利要求7所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤4中代沟gap取0.8到1；交叉概率pc取0.25到0.75；变异概率pm取0.01到0.2。

9.根据权利要求8所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤5中若遗传算法达到所设定的遗传代数终止条件，则对新一代种群中适应度最大的个体进行染色体解码，得到直流合成走线布局的初始方案；否则返回执行步骤4。

10.根据权利要求9所述的低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，其特征在于，所述步骤6中对初始直流合成走线布局方案进行调整，通过进一步平滑处理，包括填补走线上的孔洞和走线外边缘等，得到整流天线直流合成走线布局的最终方案。

技术总结
本发明公开了低剖面整流天线的直流合成走线设计方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、选取低剖面天线作为直流合成走线布局的基础天线；步骤2、进行网格化处理；步骤3、对步骤2网格化后直流合成走线的可行域进行数字化处理；步骤4、计算初始种群中个体的适应度值；步骤5、采用遗传算法判断是否达到终止条件；步骤6、平滑处理布局方案。本发明通过对于低剖面整流天线的直流合成走线布局设计，从而提高天线性能和整个微波无线供电系统的性能表现。

技术研发人员：宋立伟,张斌,梅嘉敏,赵怡敏,张文静
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14