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移动物体微波无线供电系统研究

发布时间:2018-10-05 16:28
【摘要】:随着社会的不断发展,有线的输电方式已经无法满足社会的需求,因此新颖的无线电能传输越来越受到人们的关注。其中以微波方式的无线供电因具有传输范围大,距离远,且不易受环境因素影响等优点,成为无线电能传输研究的重要方向之一。根据微波无线供电系统的设计指标,以设计高传输效率的移动微波无线供电系统为目标,对微波无线供电系统的组成、结构、传输效率等关键问题进行了详细的分析研究,在此基础上设计了一种工作在C波段的微波无线供电系统。首先,选择ADF4106作为核心电路,选用集成压控振荡器芯片V940ME30作为外部压控振荡器,设计相应的环路滤波器,构成锁相式频率合成器,产生C波段的微波信号。系统锁定时间为μs15,信号相位噪声小于-80d Bc/Hz,性能优异。再经过两级驱动功率放大芯片HMC407和HMC1086F10,将产生的微波信号功率放大,利用软件ADS2014仿真后得到的功率为6W左右,并且功率放大整体增益为53d B。其次,选择圆极化矩形微带贴片天线作为微波能量的接收天线,利用传输模近似的方法计算出工作频率为5.8GHz的天线的长度和宽度,对该尺寸的天线进行仿真优化。同时选取HSMS-286B二极管作为整流二极管,利用ADS2014软件建立整流二极管仿真模型,并根据仿真结果进行阻抗匹配。然后给出了低通滤波器的设计指标,用高低阻抗微带线形式对低通滤波器进行设计,并对其优化,使该滤波器成功阻碍高次谐波的通过。建立整流天线整体仿真模型,实现了工作在5.8GHz附近的接收整流天线系统,经过仿真整流天线微波到直流的最高转换效率为74.42%。最后,对整个无线供电系统进行实验系统的建立,用一个100Ω的电阻代替移动物体进行测试,最终接收到0.229V电压,验证了本设计方案的可行性。
[Abstract]:With the development of the society, the wired transmission mode can not meet the needs of the society, so the novel radio transmission has attracted more and more attention. The microwave wireless power supply has the advantages of large transmission range, long distance and not easy to be affected by environmental factors, so it has become one of the important research directions of radio energy transmission. According to the design index of microwave wireless power supply system, aiming at designing the mobile microwave wireless power supply system with high transmission efficiency, the composition, structure, transmission efficiency and other key problems of microwave wireless power supply system are analyzed and studied in detail. On this basis, a microwave wireless power supply system working in C band is designed. Firstly, ADF4106 is chosen as the core circuit and V940ME30 as the external VCO chip. The loop filter is designed to form the phase-locked frequency synthesizer to generate the microwave signal in C-band. The locking time of the system is 渭 s 15 and the signal phase noise is less than -80 d Bc/Hz,. After two stage drive power amplifier chip HMC407 and HMC1086F10, will produce microwave signal power amplification, the power obtained by software ADS2014 simulation is about 6 W, and the overall gain of power amplification is 53 dB. Secondly, the circular polarized rectangular microstrip patch antenna is selected as the receiving antenna of microwave energy. The length and width of the antenna with working frequency of 5.8GHz are calculated by using the method of transmission mode approximation, and the antenna of this size is simulated and optimized. At the same time, the HSMS-286B diode is selected as the rectifier diode, and the simulation model of the rectifier diode is established by using ADS2014 software, and the impedance matching is carried out according to the simulation results. Then the design index of low pass filter is given. The low pass filter is designed by high and low impedance microstrip line, and it is optimized so that the filter can hinder the passage of high order harmonics successfully. The integral simulation model of rectifier antenna is established and the receiving rectifier antenna system working near 5.8GHz is realized. The maximum conversion efficiency from microwave to DC is 74.42. Finally, the experiment system of the whole wireless power supply system is established, and a 100 惟 resistor is used to replace the moving object for testing. Finally, the 0.229V voltage is received, which verifies the feasibility of the design scheme.
【学位授予单位】:华北理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM724.1

【参考文献】

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本文编号:2254073

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