本文關鍵詞：無線能量收集系統(tǒng)及其測試平臺　出處：《蘇州大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 無線能量收集天線 RF-DC轉換電路 收集效能評價 來波檢測系統(tǒng)

【摘要】：隨著無線傳感網(wǎng)技術的飛速發(fā)展,其節(jié)點供電方法的研究受到了廣泛關注。通過收集諸如風能、太陽能、動能、熱能等環(huán)境中的能量,無線節(jié)點得以供電。在諸多形式的能量收集技術中,無線能量收集技術通過收集通信基站或廣播電視塔所發(fā)出的電磁信號進行能量轉換,具有供電穩(wěn)定單、環(huán)境友好等特點,在低功耗無線傳感節(jié)點供電、植入式醫(yī)療設備充電等方面表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。本文針對電視信號的無線能量收集技術進行研究,通過理論分析與實驗驗證,找出提升收集效率的方法,并最終實現(xiàn)了高效能的無線能量收集系統(tǒng)。本文的主要設計包括:從無線信號源輻射分布情況出發(fā),設計了來波檢測系統(tǒng);針對電視信號設計了無線能量收集系統(tǒng),包括開發(fā)了新型高增益無線能量收集陣列天線,探索了多種RF-DC轉換電路的設計與實現(xiàn);為了研究效能評價方法,搭建了模擬電視信號的室內測試平臺,提出了無線能量收集系統(tǒng)能效評價指標;最后,在上述單元設計、系統(tǒng)設計、測量平臺設計的基礎上,又完成了三款高增益無線能量收集天線、多種能量轉換實現(xiàn)方式的能效比較,總結出了一般規(guī)律,為提高無線能量收集效能、開發(fā)適合無線節(jié)點的供電系統(tǒng)提供了理論和實驗指導。首先,本文介紹了無線能量收集技術的發(fā)展,針對收集天線和轉換電路進行現(xiàn)狀分析,總結提升效能的方法。接著,設計了用于檢測信號源最大輻射方向的來波檢測系統(tǒng)。給出了該系統(tǒng)的軟硬件設計,包括雙軸旋轉平臺、msp430單片機和C#上位機控制界面。借助該系統(tǒng)可以找到信號源的最大來波方向,確保無線能量收集的準確性。然后,搭建了針對電視信號的無線能量收集系統(tǒng),詳細分析了包括新型高增益無線能量收集陣列天線和各種轉換電路在內的設計過程,并給出利用CST、HFSS、ADS等仿真軟件得到的優(yōu)化結果、制作了實物并得到了實測數(shù)據(jù)。接著,介紹了收集系統(tǒng)的效能評估方法,根據(jù)無線能量收集系統(tǒng)框架,提出評估整個系統(tǒng)和轉換電路的收集效率、轉化效率、電路效率三個評價指標。搭建了用于模擬電視塔的室內測試平臺,對不同收集天線、射頻合路和直流合路兩種連接方式進行不同輸入功率條件下的測試,最后給出所測系統(tǒng)的評價情況。實驗表明天線增益的提升、直流合路和射頻合路兩種方式都可以有效提升收集效率。最后,在上述分析、設計基礎上,優(yōu)化設計了一套高效能無線能量收集系統(tǒng)。整個系統(tǒng)搭建在距離電視塔1.5km處的樓頂,先使用來波檢測系統(tǒng)找到最大來波方向,然后對四款天線進行實測對比,確定收集效率最高的高增益引向振子天線為該系統(tǒng)收集天線。接著進行針對兩種合路方法的室外實測,驗證直流合路和射頻合路對收集效能的提升作用,并總結出兩種連接的適用條件。最后采用引向振子天線、六階整流升壓電路搭建的高效能無線能量收集系統(tǒng),其最大收集電壓為3.25V,實現(xiàn)了對電子時鐘的持續(xù)穩(wěn)定供電。實驗表明該無線能量收集系統(tǒng)具有整體尺寸適中、轉換效能高、輸出持續(xù)穩(wěn)定等特點,為無線傳感節(jié)點供電的打下了堅實的理論和實踐基礎。
[Abstract]:With the rapid development of wireless sensor network technology , the research on the power supply method of wireless energy collection system has attracted much attention . In this paper , the wireless energy collection system is designed , which includes two axes rotating platform , msp430 single chip computer and C # upper computer control interface . The performance evaluation method of collecting system is introduced . According to the frame of wireless energy collection system , three evaluation indexes of collecting efficiency , conversion efficiency and circuit efficiency of the whole system and conversion circuit are put forward .

【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：1424115