發(fā)布時間：2020-07-10 00:33

【摘要】：微波能量傳輸是一種利用微波進行遠距離能量傳輸的方法,適用于不易獲取直流電能的場合,在空間、軍事、民用、醫(yī)學等領域都具有廣泛應用前景。微波能量傳輸系統由微波發(fā)射天線子系統與接收整流天線子系統組成。其中接收整流天線分系統由接收天線,整流電路與直流合成電路構成,是微波無線能量傳輸系統的關鍵部件之一。目前,接收整流天線多以陣列形式出現,然而國際上對于整流天線的陣列設計仍然沒有完善的理論支持。針對于這一點,本文以實現接收整流天線陣列的高效率為目標,從子陣布局方法研究、高效微波整流與直流合成電路設計三方面開展研究,主要工作如下:(1)接收天線的陣列布局方法研究針對接收整流天線陣列現有兩種陣列布局方法低效率與高復雜度的問題,提出了子陣布局方法。以Friis方程為基礎,建立了子陣接收功率計算模型,基于此計算模型,建立了以子陣接收功率均勻化為優(yōu)化目標的子陣布局優(yōu)化模型,并利用局部搜索算法對該優(yōu)化模型進行求解。通過數值仿真與現有兩種布局方法進行對比,驗證了子陣布局方法的有效性。(2)高轉換效率整流電路設計以高轉換效率為目標,設計得到了兩種具有不同輸入功率的高效整流電路。首先,借助ADS以HSMS2860與HSMS2820二極管為核心,進行了輸入功率分別為16dBm與26dBm兩種整流電路的設計與仿真。隨后,基于提出的效率與大信號反射系數的測試方法,對兩種整流電路進行了測試,仿真與測試結果表明,兩種整流電路的仿真整流效率分別為80%與78.5%,測試整流效率分別為75%與62%,反射系數均低于-20dB,驗證了本文所設計整流電路的高效性。(3)直流合成的串并聯方法研究針對傳統直流合成方法損耗大,帶負載能力差的問題,進行了動態(tài)串并聯方法的研究。利用整流電路測試數據,建立單整流電路的等效電路模型。基于單整流電路等效電路模型,推導得到整流電路陣列串并聯系統輸出端的伏安特性曲線,并通過搭建串并聯測試平臺,驗證了推導關系的正確性。基于此推導關系,以增強整流電路陣列的帶負載能力為目的,建立了動態(tài)串并聯優(yōu)化模型,并利用遺傳算法對模型進行求解。最后給出易于實現的動態(tài)串并聯電路形式。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN820;TN702
【圖文】：

圖 1.4 日本 MINIX 實驗，加拿大在 SHARP 項目的飛行試驗[8]，利用 2.45GHz 器在 150m 高空持續(xù)飛行 20 分鐘（如圖 1.5 所示）。其接 400W/m2，接收直流功率達到 150W。圖 1.5 加拿大 SHARP 飛行試驗，法國國家科學研究中心在留尼汪島搭建能量傳輸系統并通過微波成功為附近村莊提供電能[9]。

圖 1.6 日本兵庫 JAXA 在 2015 年的 MPT 實驗而我國微波傳能實驗起步較晚。雖然很多技術都不成熟，但是同樣出現了一些較為優(yōu)秀的成果。如 2009 年，四川大學完成的微波能量傳輸實驗，利用平面天線作為發(fā)射端，整流天線陣列作為接收端，其傳輸距離為 200m。這是國內較早進行的遠距離微波輸能的外場實驗。1.2.2 整流天線的研究現狀作為射頻整流的先驅者，1970 年 W.C.Brown 采用肖特基二極管和橋式整流方法，在頻率 2.45GHz 下，得到 76%的整流效率[11]。之后的 1977 年，他采用特定的 GaAs 勢壘二極管，以及半波振子天線結構，通過對濾波器拓撲結構進行改良，在接收功率為 8W 的情況下，得到了迄今為止最高的轉換效率為 90%[12]。

圖 1.8 2.45GHz 與 5.8GHz 雙頻整流電路在功率方面，追求超低功率、大功率以及寬輸入功率范圍。，2013 年，四川大學張彪等人為了滿足微波能量傳輸的大功了一種結合功率合成器和肖特基二極管陣列的大功率整流電 40dBm，均取得 60%以上的整流效率（如圖 1.9 所示）。圖 1.9 四川大學張彪等人設計的大功率整流電路京都大學 Shinohara 團隊研制的高靈敏度微波整流電路[16]，如

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本文編號：2748206