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。

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。

微波能量传输垂直验证系统设计及波束收集效率分析

文章给出了基于浮空气球的全面验证空间太阳能电站微波能量传输工作模式、功能和效率的垂直验证系统,该系统还可用于验证临近空间浮空平台微波输能相关关键技术。系统中发射天线为近似高斯分布的平面微带天线阵列。利用理论传输公式和辐射场积分方法分别计算了波束收集效率,本系统的波束收集效率可达94%。与均匀分布的计算结果相比,本系统的波束收集效率得到了很好的改善。

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.

微波无线能量传输的空间匹配理论

微波无线能量传输,即采用微波为载体形式,将能量无线传输到负载端。微波无线能量传输中效率和功率是衡量传输系统的重要指标。目前,仍然缺乏微波无线能量传输系统整体效率的设计方法。文章提出了微波无线能量传输系统的空间匹配理论,即场匹配、功率匹配和阻抗匹配。根据这一理论设计的传输系统,其传输-转换效率得到显著提高。

微波无线能量传输中平顶波束设计方法

微波无线能量传输是能量传输方式之一,其效率的提升可以使其得到更为广泛的推广与应用,本文提出用/相位加权波束赋形方法,并结合遗传优化算法实现了发射天线平顶波束的设计,为微波无线能量传输系统整体效率的提升与系统的简化增添了一种方法。

模块航天器间微波无线能量传输技术应用前景及发展建议

无线能量传输技术在宇航领域的应用具有特殊的意义,它可以通过微波或激光,在日食时向卫星短时间供电,解决能源问题对卫星功能和性能的限制。文章在剖析微波无线能量传输机理与特点的基础上,综合国内外相关技术发展现状,展望该技术在航天领域的应用前景,分析关键技术并提出相应的发展建议。

航天器间微波无线能量传输技术研究

微波无线能量传输技术在宇航领域具有广阔的应用前景,利用该技术可以将能量传递到各模块航天器,解决能源问题对卫星功能和性能的限制。在理论分析微波无线能量传输技术的基础上,提出系统设计方案,突破能量传输总体设计技术,探索影响能量传输效率的关键因素,寻求提高能量传输效率的有效方法,为航天器间无线能量传输技术逐步从理论研究转变为实际应用奠定基础。

微波无线传能发射天线馈电相位鲁棒性优化设计

为保证微波无线传能系统具有可靠且高的传输效率,针对系统中发射天线存在的馈电相位误差,提出了一种基于最差情况分析的多准则优化设计方法。首先,推导了发射天线电性能参数与随机馈电相位误差的数学关系。其次,基于最差情况分析方法,建立了馈电相位随机误差的缩减区间描述模型。然后,提出了一种具有鲁棒性的波束收集效率优化设计方法。最后,通过蒙特卡洛方法验证了所提方法的有效性。

基于最大效率传输算法的多波束阵列天线

应用传统优化馈电幅值相位的方法来设计多波束阵列天线时,计算量与过程比较复杂,采用一些优化算法也往往只能得到局部最优解。而基于最大功率传输效率法(MMPTE)对天线阵列进行优化,可以得到理论上最优的天线单元馈电的幅值和相位。本文首先介绍了最大功率传输效率法,然后设计了微波多波束阵列天线,采用MMPTE对其进行优化。仿真结果验证了最大功率传输效率法在设计微波多波束阵列时具有良好的优化效果。

一种用于微波无线能量传输的S波段圆极化整流天线设计

在针对移动目标的微波输能(wireless power transmission,WPT)系统中,适应移动目标方位变化是急需解决的问题。圆极化微波整流天线可以减小或避免极化失配对微波输能效率的影响。本文提出了一款新型共面带线(coplanar stripline,CPS)结构的高效微波整流电路,与一对金属交叉偶极子直接连接,组成S波段圆极化整流天线。该整流天线结构紧凑,避免了同轴和微带结构,提高接收整流效率。实验结果表明:在2.45 GHz,圆极化天线|S11|为-13 dB,轴比为1.76 dB,半功率波瓣宽度为85.6°;整流电路在输入功率为16.3 dBm和负载250Ω时,效率达到了71.6%。该整流天线具有低成本、圆极化、易组阵等优点,在移动目标WPT领域具有应用潜力。

微波无线能量传输中基于旋转矢量法的发射天线阵相位快速优化

为了提升微波无线能量传输(MPT)的传输效率,提高接收功率,研究了一种基于旋转矢量法(REV)的天线阵相位快速优化法。结合相控阵和微波无线能量传输的基本理论,对该方法的优化效果进行了电磁仿真分析和实验验证。结果表明,在辐射近场区和远场区内,该方法能有效提高微波无线能量传输的接收功率,提升率最高达179%。同时,该方法可大幅度缩短相位优化时间,仅为传统方法耗时的3%,由此证明了该方法在MPT工程中的可行性。

基于分布式软件无线电的微波能量传输方法

设计了一种基于软件无线电、节点相对独立、分布式波束形成的微波能量无线传输方法。采用扩展卡尔曼滤波算法估计和校正每个发射节点发射信号的载波频率偏移,并采用一比特反馈算法调整每个发射节点的发射相位,以此将它们的能量集中在接收节点,使收集能量最大化从而提高输能效率。实验结果表明:采用所设计的方法在四个发送节点的情况下,接收节点可以获得11.54 dB的增益,可以大幅提高微波输能效率,为进一步展开微波能量为低功耗电子设备无线充电奠定基础。

MW级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。

空间网络无线能量传输技术研究进展

基于分布式可重构系统对能量传输的灵活性需求,开展空间网络无线能量传输技术研究。介绍了无线能量传输技术分类及特点,分析了微波无线能量传输技术和激光无线能量传输技术两种不同的传输方式及其应用条件,对比了目前国内外所完成的微波无线能量传输系统的性能指标,讨论了影响无线能量传输效率的主要因素,探讨了空间网络无线能量传输系统组成及其关键技术,为后续深入开展空间网络无线能量传输系统研究提供理论支持。

MW级SPS微波能量传输系统微波源相位误差的影响分析

以多旋转关节空间太阳能电站(SPS)为应用系统,介绍了MW级SPS微波能量传输系统顶层设计参数。针对微波功率源相位误差对微波能量传输的影响问题,建立了分析模型,提出分析方法,并从波束收集效率下降容限的角度,用一维模型对百米量级能量发射阵列进行了分析,据此给出了对大规模微波源相位误差的要求,为MW级SPS的微波能量传输系统设计提供指导。

单天线认知无线电中的协作频谱感知和无线能量传输

在单天线认知无线电中,可以通过天线协作频谱检测来提高检测衰落信道中主用户(Primary User,PU)存在的传感性能;然而,由于协作频谱检测,认知无线电(Cognitive Radio,CR)可能消耗更多的存储能量,从而降低其传输性能;为了保证其传输性能,提出了一种同步协作频谱检测和无线能量传输的方案,该方案可以收集PU信号的射频(Radio Frequency,RF)能量,以提供频谱检测消耗的能量;提出了时间分流模型、实现了协作频谱检测,能量收集和数据传输的同步;制定了适用于该方案的优化问题,以最大化同步协作频谱检测和无线能量传输模型中认知无线电的频谱效率,分别受限于检测的概率和收集的能量;最后通过计算得到的最佳分配因子,以实现了频谱效率的最大值,并通过仿真得出了结论。