气动无线供电系统的超宽带功率放大器的研究与实现
本文选题:气动无线供电系统 切入点:磁耦合谐振 出处:《电子科技大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着科技的发展,气动技术因其清洁安全、成本低廉、高速高效等优点已逐渐成为生产现场重要的自动化手段。然而随着无线传感网络技术的快速发展,工业现场的自动化技术已经发生了翻天覆地的变化,气动无线供电系统也因此应运而生。气动无线供电系统能够有效解决气动技术在工业现场因导线、电源所带来的限制,对气动系统的现场布局、维护等方面都有重大意义。在气动无线供电系统中功率放大器有着极其重要的地位,其性能很大程度决定了气动无线供电系统的传输效率、带载能力以及适用范围,对实现气动系统的完全无线化不可或缺。本文以磁耦合谐振式为气动无线供电系统的技术路径,以超宽带功率放大器为研究对象。通过分析气动无线供电系统对输出功率、工作带宽以及线性度等指标的要求,结合各类型功放的特点,最终选用了AB类宽带推挽功率放大器作为本课题的功放设计类型。根据输入功率的大小与输出功率的要求,确定该功放的级数为两级;应用传输线理论、二端口S参数、阻抗匹配的斯密斯圆图以及传输线变压器等理论与技术方案进行电路设计;选择了集总参数元件与传输线变压组合的形式作为功放的阻抗匹配方案;确定了合理的直流偏置电路、负反馈网络以及对应的滤波电路,完成了超宽带功放的原理图设计。本文利用ADS射频仿真软件进行电路仿真,分析了电路的输出功率、线性度、稳定性以及增益等指标,验证了设计的可行性。完成了超宽带功率放大器的设计与制作,系统地测试了功放的各个指标:其输出端能够输出100W以上的功率,且能够兼顾良好的线性度;工作带宽为2MHz-50MHz,跨越4倍以上的频程;功率附加效率可达60%以上。本文最终实现了对传输距离为30cm的固定端24W以上的无线供电,无线供电系统的总效率达到31.91%,实现了对电气比例阀及智能手机的无线供电,为无线供电技术在气动系统中的工程应用提供了参考价值。
[Abstract]:With the development of science and technology, pneumatic technology has gradually become an important automation means in production field because of its advantages of clean and safe, low cost, high speed and high efficiency. However, with the rapid development of wireless sensor network technology, The automation technology in the industrial field has changed dramatically, and the pneumatic wireless power supply system has come into being. The pneumatic wireless power supply system can effectively solve the limitation caused by the conductors and power supply of the pneumatic technology in the industrial field. The power amplifier plays an extremely important role in the pneumatic wireless power supply system, and its performance largely determines the transmission efficiency of the pneumatic wireless power supply system. The capability of load and the range of application are indispensable for the realization of complete wireless pneumatic system. In this paper, the magnetically coupled resonant mode is used as the technical path of the pneumatic wireless power supply system. The UWB power amplifier is taken as the research object. By analyzing the requirements of the pneumatic wireless power supply system for output power, working bandwidth and linearity, and combining the characteristics of various types of power amplifier, Finally, AB type broadband push-pull power amplifier is selected as the design type of the power amplifier in this subject. According to the magnitude of input power and the requirement of output power, the series of the amplifier is determined to be two stages, and the transmission line theory is applied to the two-port S parameter. The theoretical and technical scheme of impedance matching, such as Smith circle diagram and transmission line transformer, is designed, and the combination of lumped parameter element and transmission line transformer is selected as the impedance matching scheme of power amplifier. A reasonable DC bias circuit, a negative feedback network and a corresponding filter circuit are determined, and the schematic design of UWB power amplifier is completed. The output power and linearity of the circuit are analyzed by using ADS RF simulation software. The design and fabrication of UWB power amplifier are completed, and each index of power amplifier is systematically tested: the output end can output more than 100W power, It has good linearity, bandwidth of 2MHz-50MHz, frequency range of more than 4 times, and power addition efficiency of more than 60%. Finally, the wireless power supply of 24W or more at the fixed end of 30cm transmission distance is realized in this paper. The total efficiency of wireless power supply system is 31.91. The wireless power supply to electric proportional valve and smart phone is realized, which provides reference value for the engineering application of wireless power supply technology in pneumatic system.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN722.75
【参考文献】
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,本文编号:1596540
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