微波输能系统的电磁波能量聚焦及高性能整流天线研究

发布时间：2022-08-09 13:38

　　微波输能,是将电转换成微波以辐射方式进行传输的一种输能方式。和其它无线输能方式（电磁耦合、电磁共振以及激光）相比,微波输能适合从低功率到高功率、从近距离到远距离的能量传输,因此具有更大的灵活性和发展前景。为了提高微波输能系统的性能,本论文从两方面着手进行研究。一方面,通过研究非衍射波束或聚焦波束的产生,使电磁波通过空间传播到达目标处能实现能量不扩散,从而提高电磁波空间传输效率;另一方面,通过提高整流天线的性能,输出更多的直流能量来提高微波输能系统的性能。本论文的主要工作如下:在提高电磁波空间能量传输性能方面,为避免收发天线周围的电介质体与电场的相互耦合作用影响电磁能量的空间传输效率,首先研究了横电波模式的磁场贝塞尔天线。采用对偶原理,基于横磁波模式的电场贝塞尔天线,率先提出了一种微波频段的磁场贝塞尔天线结构。然后,通过推导出阻抗表面结构的阻抗值,并建立色散方程,提出了一种栅格型感性阻抗表面结构用于该天线,使其能产生特定波数的贝塞尔波。设计了两种中心馈电结构,分别是模拟扁平卷绕线圈的螺旋线圈和模拟理想环线圈的半环馈电+电磁超材料结构,使天线能辐射出低旁瓣、均匀分布的磁场贝塞尔波束。这些工... 

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 电磁波空间能量聚焦的研究现状
        1.2.2 高性能整流天线的研究现状
    1.3 研究工作的创新点和主要贡献
    1.4 本论文的主要内容以及结构安排
第二章 TE模式非衍射贝塞尔天线研究
    2.1 贝塞尔场分布
    2.2 TE模式贝塞尔漏波天线研究
        2.2.1 阻抗表面
        2.2.2 TE模式贝塞尔天线
        2.2.3 天线加工和测试
    2.3 中心馈电结构
        2.3.1 螺旋馈电结构
        2.3.2 环馈电结构
            2.3.2.1 半环馈电结构
            2.3.2.2 两个半环馈电结构
        2.3.3 半环+蘑菇型馈电结构
        2.3.4 测试和加工
    2.4 本章小结
第三章 内向传播的零阶汉克尔漏波天线研究
    3.1 IZHLW场分布
    3.2 IZHLW聚焦特性
    3.3 IZHLW截断区域分析
    3.4 IZHLW天线研究
    3.5 IZHLW天线的波束聚焦特性
        3.5.1 无吸收装置的IZHLW天线的聚焦场特性
        3.5.2 损耗材料的吸收装置
    3.6 电磁带隙高阻抗结构
        3.6.1 理想磁导体PMC芯
        3.6.2 电磁带隙高阻抗表面结构
            3.6.2.1 蘑菇结构的电磁带隙结构
            3.6.2.2 平面高阻抗表面
    3.7 IZHLW天线特性
        3.7.1 IZHLW天线结构
        3.7.2 IZHLW天线性能
        3.7.3 天线加工和测试
    3.8 本章小结
第四章 高性能整流天线研究
    4.1 双频率整流天线的研究
        4.1.1 双频率PIFA接收天线
        4.1.2 双频率整流电路
        4.1.3 双频率整流天线仿真和实测
    4.2 可重构整流天线的研究
        4.2.1 频率可重构整流天线
            4.2.1.1 频率可重构接收天线
            4.2.1.2 频率可重构整流电路
            4.2.1.3 频率可重构整流天线
        4.2.2 极化可重构整流天线
            4.2.2.1 极化可重构接收天线
            4.2.2.2 宽带整流电路
            4.2.2.3 整流天线的整流转换效率
    4.3 多功能双通道通信可重构整流天线研究
        4.3.1 双通道通信整流天线
            4.3.1.1 双端口可重构偶极子
            4.3.1.2 低功率整流电路
        4.3.2 双通道通信整流天线性能
            4.3.2.1 两端口的功率分配
            4.3.2.2 有源直流输出功率方向图
    4.4 本章小结
第五章 近场微波输能系统分析
    5.1 近场微波输能等效电路
    5.2 非衍射天线近场能量传输
        5.2.1 两个TE模式贝塞尔天线能量传输分析
        5.2.2 TE模式贝塞尔天线作为发射天线的能量传输分析
    5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 本论文的主要贡献
    6.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
攻博期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]频率方向图复合可重构寄生单极子天线阵列[J]. 孙佳文,陈文华,冯正和,赵凯南.  电波科学学报. 2011(01)
[2]心脏起搏器用无线充电系统设计[J]. 郑晓晨,汪木兰,Hung T.Nguyen.  机电产品开发与创新. 2009(05)
[3]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)
[4]一种用于微波能量传输的圆极化接收整流天线[J]. 胡浩,孔力.  微波学报. 2008(03)
[5]管道探测微机器人微波输能系统激励装置[J]. 徐长龙,徐君书,徐得名.  上海大学学报(自然科学版). 2000(05)
[6]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：3672656