人工电磁媒质器件在微波输能中的应用研究

发布时间：2020-11-15 16:44

　　 微波输能是以微波为功率传输载体,在空间范围内完成能量的无线输送。微波功率传输技术主要涉及三个环节,即发送端将直流能量转换为微波能量、收发两端之间的微波能量无线传送和接收端将微波能量捕获并转换为直流输出。该项技术被广泛应用于空间太阳能电站、临近空间飞行器等领域,业已成为国内外研究的重点。论文密切结合装备预研项目“微波输电MPT及其应用”关键技术之一“微波能量捕获”需求,以实现复杂环境下的高效微波能量捕获为出发点,对人工电磁媒质相关技术展开研究。本文主要研究内容和创新性成果可以概括如下:首先,为了研究人工电磁媒质对微波能量的捕获吸收机理,设计了两种能量吸收器结构。从三频带吸收器结构入手,对其表面电流及电磁场分布进行分析,揭示了多频带能量吸收的形成机制,即存在有多个谐振模式。特别地,利用该设计结构实现了高阶偶极子强谐振。在多频带吸收的基础上,通过在多谐振结构中加载集总电阻的方式,不仅使吸收带宽得到扩展,而且吸收性能也得到提升。对宽频带吸收器性能进行分析得出,集总电阻自身所引发的能量耗散在整个能量吸收过程中起不到关键性的作用。该研究为微波能量收集器的设计奠定了基础。其次,为了研究人工电磁媒质对微波能量的捕获收集机理,设计了两种能量收集器结构。以旋转对称拓扑结构为出发点,对其表面电流分布进行分析,再辅以单元结构内部的能量耗散分布状况,充分表明集总电阻在整个能量收集过程起到了至关重要的作用。该收集器结构可以实现对任意极化态入射波能量的高性能收集。相对线极化而言,圆极化更适用于运动物体间的微波能量传输。研究了针对圆极化波的选择性微波能量收集机理,实现了对右旋圆极化入射波的高效能量收集。该研究对于微波能量收集系统的小型化和集成化具有指导性意义。最后,传统天线被用于捕获微波能量,但其自身存在一定性能缺陷,为此选用人工电磁媒质对传统天线性能进行优化设计。研究了基于圆极化波的同极化反射和交叉极化传输机理,依据旋转相位梯度原理和广义斯涅耳定律,构建出相位梯度超表面,即可实现对反射波/透射波波束方向的灵活调控。将聚焦超表面与传统天线进行组装,天线系统的整体性能得到明显提升。该研究为改善传统微波器件的性能提供了新的思路。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O441;TN015
【部分图文】：

重庆大学博士学位论文传送回地面的大型阵列天线。地面段则是一套具有接收的装置，经过整流之后的电能再接入现有电网中。们熟知的地面光伏发电系统而言，空间太阳能电站系统具备不受气候条件变化影响、昼夜电力供应输出相对稳定层面具备拥有向特定区域任何地点稳定地提供清洁能源能电站系统包括空间聚光、光伏发配电、直流到微波的输、微波到直流的转换、馈入电网等六个环节。

二次世界大战期间，雷达技术的实现加速了天线与微波技当时微波管的输出功率比较低，不足以满足现实中持续能时也缺乏能够将微波能量转化为直流电能的装置，直至 20型装置才被研制出来。波能量传输实践的先行者，William C. Brown 详细总结了自研究历程。他于 1963 年成功演示了微波能量传输系统，该 400 W 的连续波能量，接收端整流输出 100 W 的直流电能964 年首次成功验证了微波动力直升机的可行性，具备将微能的能量装换装置（被称之为整流天线）被发明出来，并。首个整流天线是由 28 个半波偶极子天线组成，每个半波接触半导体二极管组成的桥式整流器。该整流天线的发明域具有重要的里程碑意义，但是所采用的二极管功率非常的整流功率输出。最后，采用硅肖特基二极管替代原有的从而使系统能量转换效率等性能指标得到一定幅度的提升

图 1.3 微波能量传输展示[5]Fig.1.3 Demonstration of microwave power transmissio燃料飞机在加拿大诞生，该飞机采用自地面发送时间的高空连续飞行。因此，该类型飞机可以作台使用。该系统被称作 SHARP，即静止高空中继7 年完成了首次飞行。基于 SHARP 的设计理念，
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 博士生,余素胜,黄碧琳;试论电器电磁问题的分析方法[J];电气开关;1996年06期

2 曹伟,程勇;电磁问题分析中的一种新型数值方法[J];南京邮电学院学报;2002年03期

3 曹伟,夏一维;电磁问题的改进型矩量法[J];电子学报;1993年12期

4 马昌凤;;多媒质中低频电磁问题A-φ交替法的有限元误差估计[J];高等学校计算数学学报;2005年04期

5 甘艳;阮江军;张宇;康正海;;运动电磁问题的研究现状分析[J];电气应用;2009年09期

6 管余;;区别易混概念 速解电磁问题[J];中学生数理化(八年级物理)(人教版);2008年Z2期

7 洪伟;崔铁军;章文勋;;2003年电磁研究新进展年会[J];国际学术动态;2004年03期

8 尹忆寒;孙国栋;易江;;基于时域有限差分法的二维电磁波数值模拟[J];能源技术与管理;2017年01期

9 黄涛;阮江军;张宇娇;甘艳;孙梦云;刘海龙;;瞬态运动电磁问题的时步有限元方法研究[J];中国电机工程学报;2013年06期

10 王秀珍;;浅析电磁问题中的一个谬误[J];物理通报;1994年09期

相关博士学位论文 前9条

1 尚帅;人工电磁媒质器件在微波输能中的应用研究[D];重庆大学;2018年

2 周晓明;移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究[D];华南理工大学;2004年

3 丁大志;复杂电磁问题的快速分析和软件实现[D];南京理工大学;2006年

4 彭达;间断伽略金方法在瞬态电磁问题中的研究与应用[D];国防科学技术大学;2013年

5 田瑾;电磁问题分析中的有限元方程组的快速求解技术[D];西安电子科技大学;2012年

6 赵博;介质目标散射和载体天线辐射的电磁问题研究[D];西安电子科技大学;2016年

7 杨光源;运动导体涡流电磁问题的径向基点配置型无单元算法研究[D];华中科技大学;2011年

8 朱汉清;区域分解法在电磁问题分析中的应用研究[D];电子科技大学;2002年

9 芮锡;旋转结构体电磁问题的高效分析与应用[D];电子科技大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 章阳;复合场人体电磁暴露模拟及算法研究[D];华东师范大学;2018年

2 白剑;FDTD在若干电磁问题中应用的研究[D];西安电子科技大学;2007年

3 关瑜;DGTD算法在电磁问题中的应用与分析[D];电子科技大学;2015年

4 孙成祥;TDFEM中吸收边界条件技术及其在二维电磁问题分析中的应用[D];南京航空航天大学;2009年

5 范振锋;电磁问题MMoL及应用研究[D];电子科技大学;2007年

6 代超超;MOM结合UTD算法计算城市环境电磁分布[D];西安电子科技大学;2017年

7 刘露;时域不连续伽略金方法在电磁问题中的研究与应用[D];电子科技大学;2016年

8 常欣莉;井间电磁数值模拟与成像方法研究[D];中国石油大学(华东);2015年

9 孙焕金;H~2矩阵方法解电大尺寸电磁问题的关键技术研究[D];南京邮电大学;2016年

10 杜奕宏;各向异性介质的时域有限积分算法研究[D];东南大学;2016年

本文编号：2884976