基于时间反演聚焦机制的无线驱动LED方法及技术

发布时间：2020-10-15 21:01

　　 无线输能(Wireless power transfer,WPT)将能量从源端无线或非接触地传输至负载端,可显著提升输电的便捷性和安全性,并能够应用于难以架设输电线的特殊场合,如植入式医疗设备充电、近地无人机续航以及灾害区域的应急救援等,是近几年来备受科研界和产业界关注的一个研究热点。然而,实际应用中,受限于输能距离、输能效率、输能环境、电磁辐射安全等因素,无线输能并未得到广泛应用。此外,如何将无线能量选择性地传输至单个或多个目标,至今仍是一项挑战。针对上述问题,本论文基于时间反演(Time Reversal,TR)电磁聚焦场,以实现高能效、多目标、选择性的能量传输为目的,提出一种点聚焦无线输能方法,并对点聚焦无线输能的关键技术及特性进行了深入研究。首先,提出一种单频时间反演聚焦无线输能技术,克服了脉冲式TR技术能量传输不稳定、物理实现困难的缺陷。当前报道的TR技术及其应用,基本都以短时脉冲作为激励源,空间能量的集中只发生在某一特定时刻。对于电力传输应用,需要持续且稳定的能量传输,传统的时间反演技术应用受限。而本论文采用单频的连续正弦波作为TR输能信号,此时能量接收波形亦为幅值均匀的正弦波,时间反演可等效为相位共轭,显著降低了射频及微波频段内TR操作的物理实现难度和成本;其次,建立了基于时间反演单点聚焦的无线输能理论分析模型,研究了时间反演无线输能的空间能效,并验证了TR方案能够使无线输能系统获得最高的空间能效;然后,优化出了基于时间反演技术与电磁场线性叠加原理的TR多点聚焦场,该聚焦场仅对选定的受能目标输送等值的能量,且能够防止无线能量被其余目标窃取,成功突破了多目标、选择性无线输能这一关键技术难题。最后,成功构建了首个基于时间反演聚焦机制的无线能量传输系统,并利用该系统无线地驱动一个或多个LED形成预期的点阵显示图案,进行无线输能演示实验,收/发天线间的空间能效最高达70%以上,验证了本论文所提出的点聚焦无线输能方法的可行性和优越性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN312.8
【部分图文】：

无线电能传输的研究现状无线电能传输（WPT，Wireless Power Transfer）是当前能量传输领域中究前沿，也是近年来倍受科学界和产业界高度关注的一个研究热点[1]。相线的有线输能方式，WPT 能将电能从源端到负载端以非接触式或无线方送，不仅能够摆脱线缆束缚、节约线缆资源、提升输电的便捷性和灵活还能消除电火花以及触电造成的各种潜在的电力灾害。更为重要的是，应用于难以架设输电线的特殊场合，例如植入式医疗设备充电、近地无以及灾害区域的应急救援等。WPT 可广泛应用在无线终端设备、万物互驾驶、智能制造、医疗监护、精细农业、交通运输、航空航天、军事国领域，具有极为广阔的应用前景和重要的研究价值。电磁能量的无线传输思想最早源自于著名电磁学家 Nikola Tesla，他试图本身与大气电离层为导体，实现电力的无线输送，但受当时技术条件的并未获得成功。在 1899 年，Tesla 改用“特斯拉感应线圈”，利用电磁波应耦合成功实现电能的无线传输，首次证实了电能无线传输的可行性[2]。

电子科技大学硕士学位论文有得到明显提升，所以目前这种为手机、随身听等移动小功率电器并未得到广泛的使用。2008 年，S.Ahson 等人提出一个近场ield RFID）系统，该系统通过牺牲传输效率的方式来延长传输距到了数十厘米，作为代价，传输效率降至 1%-2%[4]。2009 年，司基于 ICPT 原理共同开发了一个的电动汽车非接触充电系统，内的传输效率可达 90%左右，但是，当发送盘与接受盘之间存在的输送效率将急剧降低[5]。2010 年，奥克兰大学在英国成立的的电动汽车无线充电系统，电源传输板与电能接收垫无需完全一定的横向位移偏差[6]。2011 年，HaloIPT 公司与 Draysgies 合作研发电动车动态充电技术，通过埋在赛道下的电能传输车进行无线充电[7]。

电子科技大学硕士学位论文有得到明显提升，所以目前这种为手机、随身听等移动小功率电器并未得到广泛的使用。2008 年，S.Ahson 等人提出一个近场ield RFID）系统，该系统通过牺牲传输效率的方式来延长传输距到了数十厘米，作为代价，传输效率降至 1%-2%[4]。2009 年，司基于 ICPT 原理共同开发了一个的电动汽车非接触充电系统，内的传输效率可达 90%左右，但是，当发送盘与接受盘之间存在的输送效率将急剧降低[5]。2010 年，奥克兰大学在英国成立的的电动汽车无线充电系统，电源传输板与电能接收垫无需完全一定的横向位移偏差[6]。2011 年，HaloIPT 公司与 Draysgies 合作研发电动车动态充电技术，通过埋在赛道下的电能传输车进行无线充电[7]。
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本文编号：2842240