大动态无线能量收集技术研究
发布时间：2022-01-26 09:28
随着无线传感器和物联网的普及应用,空间电磁能量收集技术作为一种便捷、智能的新型供电方式受到了越来越多的关注。电磁能量收集概念最早是为了提升空间太阳能的利用率提出,通过卫星收集空间太阳能并通过电磁信号远距离无线传输回地球。当然该技术后续还被应用到传感器无线供电和无人机能量驱动等领域。微波能量收集技术可以解决有线能量传输的诸多缺点,实现更智能、更便捷的能量可持续传输,可突破性的解决很多实际问题。其中接收天线和整流电路是微波能量收集系统中最关键的研究部分。本文在对国内外微波能量收集相关文献研究调研的基础上,针对可在大动态范围情况下实现高效率能量收集的整流电路和接收天线进行了研究,保证整体尺寸小型化的同时,可在大动态范围内都具有良好的能量收集效率,主要研究和创新的内容如下:一、研究基于二极管的整流原理和其整流效率随输入功率的变化关系。基于X波段,本文选取多种二极管采用并联整流和串联整流两种电路结构进行仿真并开展实验研究,根据实验结果验证相关理论,并选取合适的二极管型号和整流电路结构。二、为了实现大动态范围的整流,尤其是在输入功率较高的情况下保证整流管不被击毁且具有良好的整流效率。本文研究采用4...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波输能系统示意图
电子科技大学硕士学位论文2整流天线是微波输能系统中最关键的部件之一，其是由接收天线和整流电路组成，相关性能影响整个系统的传输效率。实际应用中的整流天线受到许多特定因素的阻碍，其中一个主要因素是空间中的射频能量功率处于一个不稳定的动态范围，在输入功率不稳定的情况下，接收端很难高效捕获电磁信号并转换为电能供用电端使用。因此研究如何对空间中宽功率动态范围变化的射频能量进行高效率收集，具有广泛的应用前景和实用价值，是未来微波能量收集技术的重要发展趋势之一。1.2微波能量传输系统及微波能量收集简介1.2.1微波能量传输系统微波能量收集由微波能量传输发展而来，是微波能量传输的一部分。微波输能系统主要组成部分有：发射系统、空间传输和接收系统。这三个系统基于不同技术却又彼此相连，下图1-2给出了基本拓扑结构图。最左边部分是发射系统，将直流电通过微波功率发射器转换为电磁波，然后发射天线将其发射出去；中间部分是空间传输，微波在空间传输随着距离的增加会产生越来越大的散射损耗，目前主要采取聚焦等手段提高其空间传输效率；最右边部分是接收系统，整流天线负责接收电磁波并将其转化为直流能量供用电终端使用。图1-2微波输能系统基本构成微波能量传输系统的总体效率MPT由发射系统效率t，空间传输效率s和接收系统效率r三部分决定，三者之间关系为：MPTtsr(1-1)发射系统效率t主要和微波功率发生器将直流转换为射频信号的效率和发射天线辐射效率有关；影响空间传输效率s的因素较多，除了传输系统收发天线的性能，还需要考虑空间环境对微波传输的影响，20世纪60年代Goub和Degenford
第一章绪论3等人对微波空间传播的效率s进行了理论推算和实验验证，其中s的计算形式为[13-15]：21100%se(1-2)其中为：trAAD(1-3)式中rA，tA是系统中收发天线等效的有效口径面积，是传输电磁波的波长，D是收发系统之间的能量传输距离。影响接收系统效率r的主要是整流效率（射频转化为直流效率）和直流到用电终端效率。接收系统一般根据传输能量功率的大小分为单个整流天线或者整流天线阵列。采用单个整流天线的接收系统一般在用电终端前加上稳压模块；接收天线若采用整流天线阵列，在稳压的基础上还需要考虑直流合成等问题，这些都会影响接收系统的最终效率r。1.2.2微波能量收集微波能量收集属于微波能量传输系统中的接收系统范畴。整流天线是微波能量收集的核心部件，主要由接收天线、匹配网络和整流电路等部分组成，微波能量收集的基本拓扑结构如图1-3所示。图1-3微波能量收集基本构成接收天线主要负责接收空间中的微波能量，整流电路负责将接收到的微波能量转化为直流。为了达到最佳的射频-直流转化效率，需要在接收天线和整流电路之间加入阻抗匹配网络（使源/负载匹配更好，减少阻抗失配导致的损耗）和输入滤波器（选择需要进行整流的微波能量），在整流电路输出端加载输出滤波（反
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效环境WiFi能量收集系统[J]. 徐涛,於正超. 无线电工程. 2018(06)
[2]基于GaAs晶体管2.45GHz大功率微波整流电路[J]. 叶力群,郁成阳,张彪,刘长军. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(04)
[3]无线输电技术发展及应用[J]. 张翼. 江苏电机工程. 2013(02)
[4]基于SIR结构的双频宽带耦合器[J]. 褚庆昕,杨琳,林峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2010(05)
[5]微波输能技术概述与整流天线研究新进展[J]. 杨雪霞. 电波科学学报. 2009(04)
[6]X-BAND CIRCULARLY POLARIZED RECTENNAS FOR MICROWAVE POWER TRANSMISSION APPLICATIONS[J]. Yang Xuexia Xu Junshu Xu Deming Xu Changlong (School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China). Journal of Electronics（China）. 2008(03)
[7]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
本文编号：3610250
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波输能系统示意图
电子科技大学硕士学位论文2整流天线是微波输能系统中最关键的部件之一，其是由接收天线和整流电路组成，相关性能影响整个系统的传输效率。实际应用中的整流天线受到许多特定因素的阻碍，其中一个主要因素是空间中的射频能量功率处于一个不稳定的动态范围，在输入功率不稳定的情况下，接收端很难高效捕获电磁信号并转换为电能供用电端使用。因此研究如何对空间中宽功率动态范围变化的射频能量进行高效率收集，具有广泛的应用前景和实用价值，是未来微波能量收集技术的重要发展趋势之一。1.2微波能量传输系统及微波能量收集简介1.2.1微波能量传输系统微波能量收集由微波能量传输发展而来，是微波能量传输的一部分。微波输能系统主要组成部分有：发射系统、空间传输和接收系统。这三个系统基于不同技术却又彼此相连，下图1-2给出了基本拓扑结构图。最左边部分是发射系统，将直流电通过微波功率发射器转换为电磁波，然后发射天线将其发射出去；中间部分是空间传输，微波在空间传输随着距离的增加会产生越来越大的散射损耗，目前主要采取聚焦等手段提高其空间传输效率；最右边部分是接收系统，整流天线负责接收电磁波并将其转化为直流能量供用电终端使用。图1-2微波输能系统基本构成微波能量传输系统的总体效率MPT由发射系统效率t，空间传输效率s和接收系统效率r三部分决定，三者之间关系为：MPTtsr(1-1)发射系统效率t主要和微波功率发生器将直流转换为射频信号的效率和发射天线辐射效率有关；影响空间传输效率s的因素较多，除了传输系统收发天线的性能，还需要考虑空间环境对微波传输的影响，20世纪60年代Goub和Degenford
第一章绪论3等人对微波空间传播的效率s进行了理论推算和实验验证，其中s的计算形式为[13-15]：21100%se(1-2)其中为：trAAD(1-3)式中rA，tA是系统中收发天线等效的有效口径面积，是传输电磁波的波长，D是收发系统之间的能量传输距离。影响接收系统效率r的主要是整流效率（射频转化为直流效率）和直流到用电终端效率。接收系统一般根据传输能量功率的大小分为单个整流天线或者整流天线阵列。采用单个整流天线的接收系统一般在用电终端前加上稳压模块；接收天线若采用整流天线阵列，在稳压的基础上还需要考虑直流合成等问题，这些都会影响接收系统的最终效率r。1.2.2微波能量收集微波能量收集属于微波能量传输系统中的接收系统范畴。整流天线是微波能量收集的核心部件，主要由接收天线、匹配网络和整流电路等部分组成，微波能量收集的基本拓扑结构如图1-3所示。图1-3微波能量收集基本构成接收天线主要负责接收空间中的微波能量，整流电路负责将接收到的微波能量转化为直流。为了达到最佳的射频-直流转化效率，需要在接收天线和整流电路之间加入阻抗匹配网络（使源/负载匹配更好，减少阻抗失配导致的损耗）和输入滤波器（选择需要进行整流的微波能量），在整流电路输出端加载输出滤波（反
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效环境WiFi能量收集系统[J]. 徐涛,於正超. 无线电工程. 2018(06)
[2]基于GaAs晶体管2.45GHz大功率微波整流电路[J]. 叶力群,郁成阳,张彪,刘长军. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(04)
[3]无线输电技术发展及应用[J]. 张翼. 江苏电机工程. 2013(02)
[4]基于SIR结构的双频宽带耦合器[J]. 褚庆昕,杨琳,林峰. 华南理工大学学报(自然科学版). 2010(05)
[5]微波输能技术概述与整流天线研究新进展[J]. 杨雪霞. 电波科学学报. 2009(04)
[6]X-BAND CIRCULARLY POLARIZED RECTENNAS FOR MICROWAVE POWER TRANSMISSION APPLICATIONS[J]. Yang Xuexia Xu Junshu Xu Deming Xu Changlong (School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China). Journal of Electronics（China）. 2008(03)
[7]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
本文编号：3610250
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