基于微波技术的日光温室无线输电系统设计

发布时间：2020-06-30 08:17

【摘要】：日光温室遍及我国的各个地区。从日光温室的发展态势来看,其规模正在不断的增加,预计2020年增加33.33%。传统的日光温室传感器采集系统通常使用有线的方式进行输电,有线输电能提高系统工作的稳定性。但是潮湿且酸碱度较高的温室环境,很容易造成输电线路的老化及破损。随着系统运行时间的增加,故障率也随之升高,使传感器工作存在不确定性。对于大多数规模较大的日光温室,其内部传感器数量庞大,采用有线的输电方式需要铺设大量的输电线路,不利于日光温室内带电设备的运行和维护。因此,设计日光温室无线输电方式有重要的理论及应用价值。本文提出用无线输电的方式来解决日光温室内部传感器驱动电路的输电受有线输电制约的问题,使传感器安装及其输电设计模块化、简单化。从日光温室内部传感器的分布及工作参数出发,确定无线输电装置的空间分布及应满足的设计指标。运用无线输电及微波传输技术,将光伏板所发出的电能通过发射天线转化为电磁波,再通过接收天线将电磁波转化为电能。在波形的产生方式上,采用频率合成技术设计出工作频率为2.4GHz的微波发生器。通过变容二极管的线性工作状态,设计出自反馈RC变容二极管调相器。以此解决发射信号不同相位的问题。接收端采用微瓦级能量采集电路,使得能量得到更高效的利用。微带天线阵列设计上,提出激励源与辐射单元一对一的连接关系。运用Ansoft HFSS对系统发射与接收天线尺寸进行设计。得出辐射单元的个数与天线辐射增益之间的关系,设计出符合要求的微带天线阵列结构,确定其辐射增益。接收天线采用抛物面进行信号的增强。在对系统接收功率影响因素分析上,通过对试验环境的选取,进行试验采集环节的搭建。分别对理想环境下接收距离、日光温室内植被的散射作用与接收功率的关系进行了理论推导。并引入环境电磁波的影响因素。最终进行了3次试验。试验结果表明,当系统的发射功率20W、天线增益15.28dB、工作频率为2.4GHz时,能够对1.4m范围内的传感器设备进行输电。在此范围内接收天线所能接收到的功率数值上随着距离的增加而降低,其范围在7.63~0.0034W之间;所接收到的电压在7.338~0V之间,电流在1.04~0A之间。其范围内的接收天线输出参数满足微瓦级能量采集电路的工作条件。能够实现微瓦级能量的采集。其次,距离发射天线越近的接收点,其接收功率受日光温室内植被散射的影响越明显。分析近地接收点的总接收功率需要将散射分量计算在内。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN015;S625.3
【图文】：

放电实验

引言谐振式无线输电系统实验研究，提出了并联-并联式拓扑结功率为 8.56W 时，距离覆盖范围为 10cm，最大传输效率效医疗电子的结合上，卢曰海等人也做了相关的研究[38]。统的优化设计上，刘冰等人注重研究了多负载谐振耦合式个数主要决定于线圈半径[39]。朱俊达等在对谐振式无线射与接收线圈印制在 PCB 电路板上的方式、通过对功率放的线圈的品质因数[40]。吴苏敏等通过对发射与接收天线可以达到 63.4%的矩形微带整流天线[41]。路倩云等对存在对三线圈引起的频率分裂的问题提出了解决方案。通过对降低频率分裂的影响，提高传输效率[42]。陈珂睿等人对无感值进行了研究[43]。赵军等对小型的谐振系统进行了研究的研究上，国外与国内相比要早很多。最早进行无线输电la Tesla 将 50kHz 的交流电射入空间，点亮了远处的白炽灯列的试验。曾尝试在搭建一个电力发射塔，这便是后来特用特斯拉线圈进行的放电实验。

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东北农业大学工学硕士学位论文5 年日本三菱重工公司，进行了 10kW 微波无线输电试验，将 55m 外的 LED 灯点亮图 1-2 所示。在功率放大器的研究方面国外也得到了一定的成果[55]。随着无线输电展，众多企业纷纷研制出了一系列无线输电的产品[56-57]。2017 年三星公司研制出了手机无线充电器。随后苹果公司也研制出了适用于苹果手机的无线充电设备[58]。

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