应用于微波无线能量传输系统的发射波束技术

概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理,从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度,分别按Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。

一种高效率微波无线能量传输系统

微波无线能量传输技术是一种新的能量传输方式,在太阳能电站、深空探测等领域具有广阔的应用前景。基于目前微波无线能量传输技术国内外发展现状,理论分析微波无线能量传输系统关键技术,提出微波无线能量传输系统设计方案,完成微波无线能量传输系统各关键分机研制,搭建试验系统并完成试验测试,测试结果表明,当传输距离为12米时,系统DC到DC的传输效率达到16.5%。

基于感应耦合式无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。

《太赫兹科学与电子信息学报》2025年第5期专栏征稿主题:微波无线能量传输技术

微波无线能量传输技术在航空航天、物联网、工业4.0等领域具有良好的发展前景和应用潜力。无线能量传输技术有望摆脱电缆的束缚,通过微波的方式进行能量的无线传输,实现电子设备的灵活供电,同时还可以进行信息传递。微波无线能量传输技术为未来的智慧城市和无人工厂提供了无限的动力。

《太赫兹科学与电子信息学报》2025年第5期专栏征稿 主题:微波无线能量传输技术

微波无线能量传输技术在航空航天、物联网、工业4.0等领域具有良好的发展前景和应用潜力。无线能量传输技术有望摆脱电缆的束缚,通过微波的方式进行能量的无线传输,实现电子设备的灵活供电,同时还可以进行信息传递。微波无线能量传输技术为未来的智慧城市和无人工厂提供了无限的动力。

基于微波无线能量传输多径效应的多角度超表面能量收集器

文中深入研究了基于微波无线能量传输技术的多径效应及其对多角度超表面能量收集器的性能的影响。首先,概述了微波无线能量传输技术的基本原理与发展现状,随后详细讨论了超表面结构在多角度能量接收中的应用。通过理论分析与仿真实验,文中提出了一种优化的超表面设计方案,以提高能量收集效率。实验结果显示,该方案能显著提高多角度超表面能量收集器在复杂传播环境下的能量收集性能,不仅为超表面能量收集器的设计提供了新的视角,也为未来无线能量传输技术的发展提供了理论参考。

微波无线能量传输功率放大器效率提升的设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78 GHz~5.82 GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5 W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。

用于微波无线能量传输的高效率惠更斯超表面透射阵

设计了一款工作在5.8 GHz用于微波无线能量传输的双层惠更斯超表面透射阵天线。惠更斯单元由一对1 mm厚的反对称E形单元构成,同时实现360°相位控制和高传输幅度(-0.82 dB)。该设计突破了传统双层频率选择表面的限制,同时提高了透射阵的辐射性能。透射阵尺寸为380 mm×380 mm,实测结果表明透射阵增益达到26 dB,口径效率为58.7%。在微波无线能量传输外场实验中,测试距离达到18 m,加载透射阵后,接收功率最高获得8.3 dB的增幅。

基于微波传输的无线分离式天线调试系统

针对传统的天线调试系统存在的设计烦琐、布线复杂、维护困难、成本高等问题,文章设计了一种基于微波传输的无线分离式天线调试系统。该系统以DSP为核心处理器,实现了对天线信号的采集、处理、转换和放大等功能,并可通过无线传输模块实现与手机间通信的功能。文章所介绍的天线调试系统主要用于测试无线分离式天线性能及其工作环境适应性,同时也可用于无线分离式天线性能的研究和改进。

微波无线能量传输与收集应用系统的研究进展及发展趋势

随着无线技术的发展,包括感应式、磁耦合谐振式等传统形式的无线能量传输方式传输距离限制的缺点愈发凸显,制约了其在更多领域的应用推广。而微波无线能量传输技术的出现为解决这一问题提供新的思路,逐渐成为近年来研究的热点。微波无线能量传输应用系统根据接收端的状态不同分为静态应用系统与动态应用系统两种形式。静态点对点的输能系统包括艾利波束传输系统、点对点传输系统;动态传输系统的实现有多种多样的形式,主流的技术包括:基于相控阵技术的微波无线能量传输系统;基于方向回溯技术的微波无线能量传输系统;基于时间反演的微波无线能量传输系统。本文从微波无线输能系统的架构,不同工作方式的输能系统进行研究技术发展总结,最后在现有微波无线输能系统的研究进展基础上,分析概括了微波无线能量传输应用系统的未来发展趋势。

磁共振无线能量传输系统损耗分析

首先分析了磁共振无线能量传输系统传输功率的影响因素,在对比非谐振与谐振系统传输功率特性的基础上,提出整体分析能量传输系统损耗的分析思想,将电容损耗、驱动源损耗纳入分析范畴之内。通过建立损耗分析等效电路,提出应统筹考虑降低有功损耗与驱动源损耗的设计原则,并通过实验验证分析了的正确性。

基于频率控制的封闭腔体微波无线输能技术

随着航空航天技术的快速发展,封闭腔体内的无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术开始受到广泛关注.基于频率控制的WPT技术,可实现对电大封闭腔体(103×λ3)内的多方位传感器进行可控和高效的无线充电.电大腔体内的电场分布对频率的变化敏感,利用频率变化实现对封闭腔体场分布控制.实验结果表明,在S波段的1 m3腔体最高WPT传输效率为96.6%.设计的宽带整流电路实测整流效率最高为80%,整流效率高于50%的带宽为1.65 GHz.在2.401~2.495 GHz频段实现控制双接收机的不同工作状态,展现其在航空航天器等封闭空间中为传感器无线供电的应用前景.

面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统

提出了面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统,采用Ritz-Galerkin(RG)方法建立了微波能量传输系统射频整流电路模型,分析了整流二极管的整流性能,得到了输入功率与输出电压、整流效率与负载比之间的关系.设计了八木振子天线,提高了能量接收的定向性.最后搭建了微小型机器人微波能量传输实验系统,开展了利用微波传输能量驱动微机器人的实验,验证了利用微波能量传输系统为微小型机器人供能的可行性.

谐振式无线能量传输系统驱动源

提出了一种用于磁耦合谐振式无线能量传输的驱动装置结构,建立了其电路等效模型,通过分析其工作模态和时域波形,建立了其损耗及效率的数学表达式。同时,分析了功率管软开关的工作条件及在不同占空比条件下,其基波分量的成分和功率管电压应力之间的关系。仿真和实验表明,该装置可以应用于无线能量传输技术,具有一定的应用价值。

胶囊内窥镜的无线能量传输系统优化设计

随着无线胶囊内窥镜的发展,无线能量传输技术越来越受到人们的关注。无线能量传输技术在应用过程受到尺寸、安全性等诸多因素的约束,如何在这些约束条件下设计安全、高效的无线能量传输系统是目前研究的重点。提出了磁场均匀度、频率稳定度、三维线圈姿态稳定度和接收能量均匀度等指标来综合评价能量传输系统性能,设计并实现了测试平台来测量这些性能指标,为进一步对整个系统进行优化设计提供依据。采用上述方法对一套为胶囊内窥镜设计的无线能量传输系统进行了测量与评价,结果表明系统可在体积为Φ12 mm×14 mm的空间内提供不低于450 mW的能量,且满足稳定性和安全性要求,实验证明了该方法的可行性。

基于生物安全性的无线能量传输系统接收线圈优化设计

分析了电磁生物安全性和人体内接收线圈温升安全性对无线能量传输系统的接收线圈设计带来的约束,建立了以能量传输效率为目标函数、以安全性和能量需求为约束条件的最优化模型,以实现接收线圈的优化设计.应用最优化模型对胶囊内窥镜的接收线圈进行优化设计,实验证明了该方法的可行性.

基于生物安全性的无线能量传输系统发射线圈优化设计

针对为胶囊内窥镜供能的无线能量传输技术在应用过程中对人体组织可能造成伤害的问题，进行了无线能量传输系统发射线圈优化设计研究。分析了人体组织安全性与无线能量传输系统发射线圈之间的关系，提出用磁场均匀度、频率稳定度等指标来评价发射线圈性能，并建立了以能量传输效率为目标函数、以人体安全性和能量需求为约束条件的最优化模型。该模型可用来全面评价发射线圈性能，从而为发射线圈的设计提供依据。采用上述方法对4种类型的发射线圈进行了评价，评价结果证明了该方法的可行性。

胶囊微机电无线能量传输系统设计与试验研究

首先介绍了胶囊微机电无线电能传输系统的原理和系统的基本构成,然后设计了以松耦合变压器为基础的无线电能供给系统,采用互相正交的二维线圈来接收能量并进行试验研究.结果表明：不管体内微机电系统处在何种位置和姿态,都可以有效接收能量,特别在初级绕组窗口宽度内,次级绕组接收能量可以高达110~240 mW.最后研制了胶囊微机电无线能量传输系统样机,可以成功驱动胶囊微机电系统工作,表明了该胶囊无线电能传输系统设计是可行的.

磁耦合谐振式无线能量传输系统负载特性研究

介绍了磁耦合谐振式无线能量传输系统工作原理,通过分析原理及实验条件约束选择初级串联拓扑结构,并对次级串联和并联拓扑结构进行了理论分析,探究负载阻抗对接收功率和传输距离的影响。设计并实现了一种磁耦合谐振式无线能量传输系统,通过实验验证了理论分析的有效性,并对实验结果进行了综合分析。