本文關(guān)鍵詞：基于AMPSK調(diào)制的無線攜能通信技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 無線攜能通信 無線能量傳輸 諧振補償 微波整流天線 功率分配 AMPSK調(diào)制解調(diào)

【摘要】：無線攜能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT)是通信技術(shù)與輸電技術(shù)交叉融合的一個前沿方向。該技術(shù)旨在實現(xiàn)信息與能量的同時傳輸,即在實現(xiàn)高速可靠通信的同時,完成能量的傳輸與收集。從而充分利用寶貴的發(fā)射功率,延長設(shè)備生存時間,提高能源的利用率。本文詳細闡述了SWIPT的應(yīng)用需求與設(shè)計理念,并提出了一套能夠?qū)崿F(xiàn)信息與能量同時傳輸?shù)膮⒖挤桨概c設(shè)計理論。該方案不需要借助于兩路信號分別傳輸信息與能量,也不需要采用時分方式交替進行信息與能量的傳輸,而是采用一種攜能特性優(yōu)異的新型調(diào)制方案-—-AMPSK (Asymmetric M-ary Phase Shift Keying, AMPSK)調(diào)制技術(shù),將信息與能量的傳輸“合二為一”,僅發(fā)射一路調(diào)制信號便可實現(xiàn)真正意義上的信息與能量同時傳輸。首先,總述了基于AMPSK調(diào)制的SWIPT系統(tǒng)的設(shè)計思想及其相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)主要由發(fā)射端的信息調(diào)制模塊、連接收發(fā)兩端的無線能量傳輸(Wireless Power Transfer, WPT)系統(tǒng)、接收端的功率分配模塊,以及整流與解調(diào)電路構(gòu)成。針對SWIPT系統(tǒng)各主要模塊,分章節(jié)闡述其各自的工作原理與設(shè)計思路。其次,結(jié)合AMPSK調(diào)制的原理與功率譜特點,闡述了AMPSK信號在SWIPT應(yīng)用中的優(yōu)勢,并給出了AMPSK信號及其各種特例的具體表達式。通過對AMPSK信號功率譜的實測和理論分析,表明了AMPSK信號及其各種特例的能量高度集中于載頻,具有優(yōu)異的攜能特性,適合用作SWIPT系統(tǒng)的信息調(diào)制方案。進一步,從SWIPT應(yīng)用的角度出發(fā),總結(jié)并歸納了適用于AMPSK信號的兩種不同的沖擊濾波機制,即相位匹配機制及載波抑制機制�；谳d波抑制機制,提出了AMPSK信號的諧振相干解調(diào)方案,并給出了微帶諧振相干解調(diào)電路的完整結(jié)構(gòu),其僅需依靠一段微帶開路線,便可同時完成同頻反相載波的提取以及對AMPSK調(diào)制信號的相干解調(diào)。第三,根據(jù)對近場WPT方案的建模分析,通過在收發(fā)線圈中引入諧振補償電容對傳統(tǒng)的磁感應(yīng)耦合方式WPT系統(tǒng)進行了改進,并探討了改進的WPT中臨界耦合系數(shù)kc的影響因素,指出了收發(fā)線圈的Q值是影響WPT系統(tǒng)有效作用范圍的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上,分析了磁耦合共振方式WPT的工作原理,以及磁耦合共振方式WPT與引入諧振補償?shù)拇鸥袘?yīng)耦合方式WPT之間的區(qū)別與聯(lián)系。然后,討論了遠場WPT系統(tǒng)整流天線中的天線設(shè)計方案,并依據(jù)天線參數(shù)對遠場WPT中微波能量在自由空間中的衰減進行了計算。討論了SWIPT系統(tǒng)接收端的功率分配方案,結(jié)合AMPSK信號的特點,提出了時域功率分配和頻域功率分配兩種分配方案,并分別給出了參考設(shè)計與相應(yīng)的仿真分析。通過對二極管整流電路建模,得到了二極管整流效率的閉式表達式,利用微帶電路設(shè)計了一款整流電路,對其整流效率進行了仿真分析并與模型計算值進行了比較與討論。最后,為了驗證信息與能量同時傳輸?shù)腟WIPT系統(tǒng)的可行性,進行了相關(guān)驗證性實驗。一方面,基于傳統(tǒng)的磁感應(yīng)耦合方式WPT系統(tǒng),進行了信息與能量同時傳輸實驗,展現(xiàn)了信息與能量同時傳輸?shù)目尚行�。另一方�?通過實驗驗證了在傳統(tǒng)的磁感應(yīng)耦合式WPT系統(tǒng)收發(fā)線圈中引入諧振補償電容。能夠顯著增大WPT系統(tǒng)的有效作用范圍。
【關(guān)鍵詞】：無線攜能通信 無線能量傳輸 諧振補償 微波整流天線 功率分配 AMPSK調(diào)制解調(diào)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 超窄帶調(diào)制技術(shù)在無線攜能通信中的應(yīng)用12
• 1.4 論文的主要工作及組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第2章 系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)14-22
• 2.1 系統(tǒng)總體框圖14
• 2.2 信息調(diào)制模塊14-16
• 2.3 無線能量傳輸系統(tǒng)16-18
• 2.3.1 近場方案16-17
• 2.3.2 遠場方案17-18
• 2.4 功率分配方案18-19
• 2.5 整流電路設(shè)計19-20
• 2.6 信息解調(diào)方案20
• 2.7 本章小結(jié)20-22
• 第3章 AMPSK信息傳輸系統(tǒng)22-40
• 3.1 AMPSK調(diào)制原理22-25
• 3.1.1 調(diào)制波形表達式22-23
• 3.1.2 調(diào)制信號功率譜23-25
• 3.2 AMPSK解調(diào)原理25-28
• 3.2.1 相位匹配機制25-28
• 3.2.2 載波抑制機制28
• 3.3 微帶諧振相干解調(diào)電路設(shè)計28-35
• 3.4 微帶諧振相干解調(diào)電路仿真分析35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 無線能量傳輸技術(shù)40-92
• 4.1 磁感應(yīng)耦合近場無線輸能方案40-49
• 4.1.1 基本原理40-42
• 4.1.2 改進的諧振補償方案42-49
• 4.2 磁耦合共振近場無線輸能方案49-59
• 4.2.1 臨界耦合系數(shù)的影響因素49-52
• 4.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與電路模型52-54
• 4.2.3 等效電路分析54-59
• 4.3 微波輻射遠場無線輸能方案59-64
• 4.3.1 矩形微帶貼片天線仿真59-62
• 4.3.2 八木陣列天線仿真62-64
• 4.4 時域功率分配方案64-70
• 4.4.1 微帶功率分配器設(shè)計原理64-66
• 4.4.2 微帶功率分配電路仿真分析66-70
• 4.5 頻域功率分配方案70-80
• 4.5.1 分支定向耦合器設(shè)計原理71-76
• 4.5.2 頻域功率分配電路仿真分析76-80
• 4.6 整流電路設(shè)計方案80-90
• 4.6.1 整流電路建模80-85
• 4.6.2 整流電路仿真分析85-90
• 4.7 本章小結(jié)90-92
• 第5章 驗證實驗92-98
• 5.1 信息與能量同時傳輸可行性驗證實驗92-94
• 5.2 諧振補償有效性驗證實驗94-96
• 5.3 本章小結(jié)96-98
• 第6章 總結(jié)與展望98-102
• 6.1 全文總結(jié)98-99
• 6.2 主要創(chuàng)新99
• 6.3 研究展望99-102
• 致謝102-104
• 參考文獻104-108
• 作者簡介108

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱聯(lián)祥;古昌金;胡栓磊;何凱;;多中繼合作通信系統(tǒng)的功率分配研究[J];電視技術(shù);2012年21期

2 Alfons Graf;Juergen Kositza;Tobias Raithel;;稱雄業(yè)界的汽車功率分配技術(shù)[J];中國集成電路;2013年07期

3 徐文官;;隔離與不隔離功率分配網(wǎng)絡(luò)輸入反射系數(shù)的分析[J];現(xiàn)代雷達;1980年04期

4 鄭敦祥;任意功率分配比的微波開關(guān)[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1985年05期

5 張明博;;同軸型八支路等功率分配系統(tǒng)的設(shè)計[J];無線電工程;1987年06期

6 夏小梅;彭晶波;;幅度受限的簡化功率分配策略研究[J];電子技術(shù)與軟件工程;2013年22期

7 雷霞,唐友喜,李少謙,肖悅;部分傳輸序列法中副信息功率分配的優(yōu)化算法[J];電子與信息學(xué)報;2004年07期

8 姜維;唐俊華;;隨機無線通信信道功率分配策略研究[J];信息安全與通信保密;2013年01期

9 俱新德;;不等功率分配或合成的寬頻帶混合變壓器[J];電視技術(shù);1990年03期

10 劉云輝;楊宇航;;多輸入多輸出系統(tǒng)特征模發(fā)射最小化誤碼率優(yōu)化功率分配[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2006年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 何忠;;淺析全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機中的功率分配與合成技術(shù)[A];2006全國廣播電視發(fā)射技術(shù)論文集（1）[C];2006年

2 周磊;謝小強;徐銳敏;;基于T型結(jié)V波段四路功率分配網(wǎng)絡(luò)[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

3 周雄弟;趙新勝;;無線通信系統(tǒng)中一種新的聯(lián)合調(diào)度與功率分配方法[A];2006北京地區(qū)高校研究生學(xué)術(shù)交流會——通信與信息技術(shù)會議論文集（上）[C];2006年

4 馮然;徐銳敏;謝小強;;一種新型毫米波空間功率分配合成網(wǎng)絡(luò)[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2007年

5 陳祥;陳巍;;時變衰落雙向中繼下行信道的信道容量和功率分配[A];第十七屆全國青年通信學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

6 宋延濤;楊守義;梅亞楠;;基于認知OFDM網(wǎng)絡(luò)的次優(yōu)化功率分配研究[A];2011全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會論文集[C];2011年

7 沈川;張勇;謝小強;;一種新型基于波導(dǎo)的Ka波段三路功率分配合成網(wǎng)絡(luò)[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

8 劉雙;謝小強;謝俊;;改進型四路H-T功率分配/合成器[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

9 潘成康;蔡躍明;徐友云;;MIM0多用戶接入和干擾回避[A];江蘇省通信學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

10 周水平;王志剛;李平;徐銳敏;;基于介質(zhì)集成波導(dǎo)(SIW)的三路零相位功率分配/合成器[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理研究中心 朱凱;HSDPA組網(wǎng)及管理需求[N];人民郵電;2008年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣衛(wèi)恒;基于協(xié)作的無線竊聽信道安全通信與功率分配[D];重慶大學(xué);2015年

2 楊潔;中繼協(xié)作通信系統(tǒng)中功率分配及能量效率研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

3 張國立;現(xiàn)貨市場功率分配問題模型及其求解算法研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2006年

4 羅榮華;認知無線網(wǎng)絡(luò)中功率分配技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

5 張南;無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的性能及功率分配研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

6 龐立華;無線協(xié)作傳輸中的資源優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2013年

7 啜鋼;基于兩跳協(xié)作通信系統(tǒng)中斷概率和功率分配的研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

8 楊世永;多用戶認知信道的容量域和功率分配的研究[D];華中科技大學(xué);2012年

9 NGUYEN TRUNG TAN;無線協(xié)作中繼傳輸技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 曲喜強;協(xié)作中繼關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 莫大儀;毫米波波導(dǎo)多路功率分配合成器研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 林炳輝;異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信中的移動終端功率分配方法[D];華南理工大學(xué);2015年

3 趙芬;基于CDMA架構(gòu)的安全無線攜能通信系統(tǒng)[D];上海大學(xué);2015年

4 徐巖;隧道協(xié)作通信中繼選擇與功率分配方法[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

5 田坤;異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信系統(tǒng)中基于改進遺傳算法的功率分配方案研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 劉琪琪;LTE-A CoMP傳輸調(diào)度與功率分配算法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 周建國;半自治分布式緊湊供電系統(tǒng)的功率分配與電能質(zhì)量控制策略研究[D];東北大學(xué);2013年

8 楊景瑞;全雙工中繼中的功率分配研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

9 李月霞;無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作中繼技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2014年

10 李家香;無線異步定位網(wǎng)絡(luò)的功率分配優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

，

本文編號：786398