用于微波无线输能的高增益柔性天线研究

为克服传统有线供能方式的接入不便问题,提出了一种用于5.8 GHz微波无线输能(MWPT)高增益柔性天线。天线以聚酰亚胺(PI)为基底,采用广义迭代设计方法得到3层圆环结构,并选用共面波导(CPW)方式馈电。此外,为提高天线增益,在天线背面加载空气层和柔性反射板,并对天线性能进行了测试。测量结果显示:该天线在频率5.8 GHz处的峰值增益为9.51 dBi;当天线弯曲在曲率半径为85,60,45 mm时,增益始终保持在8.89 dBi以上,S_(11)幅值始终小于-10 dB。最后,通过微波无线输能实验测得该天线最大能量捕获效率可达71.3%,在弯曲状态下也能保持59%以上的捕获效率。该天线的高增益、高能量捕获效率以及稳定性证明了其在微波无线输能中具有潜在的应用价值。

微波无线输能技术研究进展与系统设计

微波无线输能(microwave wireless power transmission,MPT)技术应用于不易获取直流电能的场合,是研制太阳能卫星、近空间飞行器的关键技术,也可应用于无线传感器网络节点供能及环境低微微波能量的回收.比较了微带线型和共面带状线型2种典型整流天线的单元和阵列性能,提出了对接收天线和整流电路的要求;以获得最大微波波束捕获效率为目标,分析了发射天线拓扑结构及高斯削尖口径电平分布.在研究以上关键技术的基础上设计了一套C波段微波输能系统,该系统从发射端到接收端的直流-直流效率为35%.最后指出了微波无线输能技术存在的问题和未来发展方向.

基于反射阵天线的无线输能系统设计与实验

微波无线输能技术因其传输距离远,易于调控,近年来受到广泛的关注。文中提出一款基于移动馈源的波束扫描平面反射阵天线,该阵列由19×19个移相单元构成,整体尺寸为490.2 mm×490.2 mm。通过仿真验证了提出的移相单元可以覆盖360°全相位,且反射系数大于-0.1 dB(97.7%)。基于CST全波仿真表明,设计的反射阵扫描角度为-28°~+25°。同时,搭建了一个微型的传能系统用于验证反射阵天线的性能。通过实验验证发现在有平面反射阵天线的情况下,在其辐射近场范围内,无线传能系统接收终端获得的功率提高约为无反射阵情况下的700%~1500%,非常有利于传能系统的能量传输。仿真和实验结果均证明该反射阵天线在微波无线传能领域具有一定的应用前景。

超声无线输能通道的PSPICE等效电路研究

根据压电晶片厚度振动一维等效电路、传输线理论和超声传播理论提出一种PSPICE等效电路模型.该模型利用有损传输线可对压电晶片的机械损耗过程进行模拟仿真.利用该模型对超声无线输能系统声电转换通道进行了PSPICE等效电路建模和仿真,不仅得到了快速可靠的计算结果,而且简化了超声无线输能系统的电路设计过程.该方法为研究超声无线输能系统提供了有效可靠的理论和技术基础.

基于粒子群算法的谐振式无线输能网络优化

对于电动汽车的谐振式无线输能电路的系统结构,由于存在多个参数,并且如今还没有一套成熟的参数选取的理论来保证整个系统处于理想的工作状态。为了提高和优化系统的传输功率和传输效率,选用了粒子群优化算法进行优化。首先推导了SPSP结构的无线输能主电路及传输效率和传输功率的公式,然后用一般的方法进行取值,针对传统方法随机性强的缺点,建立了功率传输结构的优化模型,最后进行仿真优化。仿真结果表明,粒子群优化算法可以优化复杂的功率传输结构,并且使传输功率和传输效率达到所需要的理想值。

基于定向天线无线输电实现下的结合大数据智能化全球供能系统

随着时代的发展,人们对能量的依赖越来越重。同时信息时代的进入使得电子产品成为人们日常生活中不可或缺的一部分,对电的需求也变得空前巨大。日常生活中电子产品包括电动汽车在内的所有用电产品的最大问题就是"供电"。但发展能量的同时,也带来巨大生态污染,对清洁和可再生的能源的开发也变得首位。于是电能将成为解决这一系列问题的解决引索。但在偏远贫穷的地方,供电也是一个问题。本文将在无线输电实现的情况下,设想给出一个全球无线供能系统。

超声无线输能的声电转换通道设计

通过对超声无线输能系统的声电转换通道进行理论分析,利用电声传输线类比法构建了声电转换通道的一维仿真模型,并利用有限元仿真软件进一步构建了声电转换通道的有限元仿真模型,提高了模型的精确度和适用范围。进行了超声无线输能的实验,并将仿真结果与实验测量结果进行对比,仿真模型的有效性得到验证。利用所建仿真模型分析了负载阻抗对系统能量传输效率的影响规律,对声电转换通道进行了优化,确定了系统的共振频率和最佳负载阻抗。在以上研究基础上建立的超声无线输能实验系统,能够成功透过8 mm厚的铜板点亮20 W灯泡,能量传输效率达到57%,实验证明了利用超声透过金属板进行能量无线传输是切实可行的。

一种用于无线输能的2.45GHz微带贴片整流天线

为了提高大信号输入下整流天线的整流效率,利用Ansoft Designer仿真软件,设计制作了一种工作在2.45 GHz的微带整流天线,接收天线采用二元串联微带矩形贴片阵列,单元贴片之间引入两个短枝节以调节方向图指向;整流电路采用二极管串联双管倍压电路。实验结果与仿真结果二者吻合良好,实测得到输入功率为100 mW时,微波-直流转换效率达到64%,同单管并联电路相比,大大提高了整流电路的输入功率,使整流天线的实际转换效率更高。

磁耦合谐振式无线输能实验系统制作及传输效率研究

近年来,在无线输能方式中,磁耦合谐振式可以将几千瓦能量在3~4 m的距离范围内无线传输,使无线输能的距离提升到米级范畴,因此,对磁耦合谐振式无线输能系统的研究有着实际意义。该文设计和制作了一个磁耦合无线输能实验系统,对其构成与原理进行了详细介绍,并详细说明了各部分的元件组成及电路应用原理。也由此获得了系统中传输效率与传输距离之间的关系、传输效率与发射频率之间的关系及传输效率与接收线圈相对于发射线圈的偏移角度之间的关系。

激光无线输能系统光伏特性及最大功率跟踪研究

针对激光无线输能系统接收端激光光伏阵列由于激光强度不均匀和不稳定而导致其输出P-U特性曲线呈现多峰、波动性强、稳定性差的问题,首先结合砷化镓激光光伏电池的输出特性,建立激光光伏电池阵列模型,分析其多峰产生的原因。然后利用捕猎搜索算法动态调节粒子群算法中粒子的搜索空间,改进粒子的控制机制,提高了算法的收敛速度、跟踪精度和稳定性,且可有效避免算法陷入局部最优解。最后基于交错并联Boost电路,通过Matlab/Simulink仿真验证了该算法在激光无线输能系统输出最大功率跟踪方面应用的有效性和可行性。

一种适用于微波无线输能系统的自聚焦控制算法优化实现

为了提升微波无线输能系统的传输效率,提高接收功率,优化实现了一种自聚焦控制算法,并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,在工程测试过程中,优化后的算法相位同步更精确,聚焦点的接收功率更稳定,微波无线能量传输的效率也得以提高,由此证明了该方法在MPT工程中的可行性。

微波无线输能关键射频技术的研究

本研究详细阐述微波输能的运行原理及系统构成,针对其有效应用场景进行全面梳理和总结,积极探索其除了在应用于卫星、太阳能以及空间飞行器的远距离输能之外的领域,可以看出在低功率的具体应用方面是未来研究重点之一。文章针对微波无线输能系统相关技术进行详细探讨,指出其未来发展前景的可能性。微波输能新技术涉及多学科,包括高功率微波产生、接收、发射问题。在国际上微波束等技术发展较好,深入分析微波输能技术能够从一定程度上推动国内无线输能技术的快速发展,同时还可促进空间科学、材料科学、资源与环境科学的发展。

收发线圈水平侧移对磁耦合谐振式无线电能传输系统的影响

针对在磁耦合谐振式无线输电系统中发射线圈和接收线圈之间发生平行不共轴的水平侧移问题,分别采用互感耦合理论和二端口网络理论对其进行建模分析,并通过数学推导得出用s参数表示的归一化功率和传输效率表达式。运用HFSS软件仿真了系统在过耦合、临界耦合和欠耦合状态下,水平侧移量对系统传输性能的影响;提出一种用于改善系统的优化结构。最后,通过实验验证了仿真结果,并验证所提出的优化结构可有效消除侧移所带来的负面影响,改善系统传输效率。

基于磁共振的中距离无线能量中继传输(英文)

基于磁场共振的无线输能技术是一种被广泛关注的能量传输技术,其中能量可以通过磁场共振的方式在非辐射的近场中传输。文章提出了一种带有中继回路的四线圈磁场共振系统。根据电路分析和仿真,设计并优化了相关参数使该系统工作在磁场共振状态。实验表明,在有无中继回路时,电源效率分别为33.4%和22.1%。与没有中继回路相比,中继回路可以将电源效率提高11.3%;并将传输距离提高约2倍的线圈直径。实验结果表明,在磁场共振系统中,中继回路可以提高电源的效率并增加能量的传输距离。

金属管道探测无缆微机器人无线供电系统的设计

设计一个金属管道中无缆探测微机器人微波供电系统,系统利用微波在圆波导中的传输基本原理,解决微波在工业不锈钢管道(直径20 mm)传输中的极化和能量传输的不稳定性问题.管道中微机器人供电单元——整流天线接收微波能量并转换成直流作为其电源,接收天线采用圆极化微带贴片天线,整流电路采用倍压电路以提高输出功率,最终试验测得在24.5 dBm输入功率下(直流负载为300Ω),整流输出86.8 mW直流功率,能够保证机器人驱动电机正常工作.

高功率中距离2.45GHz微波输能系统

微波输能技术是空间太阳能电站、空间飞行器供能和无线传感网络领域的关键技术。本文设计了一套工作于2.45 GHz的高功率中距离微波输能系统,主要包括微波功率发生器、整流天线和收发天线。其中,微波功率发生器最大输出功率为53.272 dBm(212 W)时,末级放大器的漏极效率可达57.612%;当输入功率为30 dBm,负载为260Ω时,整流电路整流效率达到75%;采用简单的抛物面天线,传输距离为8m的情况下,波束捕获效率能够保持在45%以上。实测200W时微波发生器效率为49.3%,整流电路效率为63%,在波束捕获效率为45%时,理论计算的该系统直流到直流传输效率可以达到14%。

无线传感器网络中的整流天线技术研究进展

本文介绍了适用于无线传感器网络的、能进行无线输能的整流天线和能进行无线定位的时间反演算法。适用于无线传感器网络的整流天线要求紧凑的天线结构,高效的微波能量到直流电量的转换效率以及较高的入射波频率。利用时间反演算法的时—空聚焦特性,可解决无线传感器网络中节点无线定位问题,以提高整流天线的效率。

基于单比特反馈的分布式多点协作微波输能方法

无线传感器和移动电子设备的普及推动了无线输能技术的研究,并随着近年物联网技术的发展,无线节点大幅增加,无线输能有了更广泛的应用空间。微波输能作为一种有效的无线输能方式,具有能量传输距离远的优势,而利用在无线通信上被广泛应用的分布式多点协作技术,还可在遮挡环境下输能,并能提升输能效率。但是目前已有研究通过各节点检测相位以进行协作,输能节点成本较高,难以通过增加节点数量以提升效率。为此本文提出使用单比特反馈方法,免去了复数乘除法计算,只检测幅度实现协作,在输能效率小幅下降的代价下大幅降低了各节点的硬件成本。通过仿真得出在64个全向节点下能达近5%的输能效率;实验验证在七个输能节点下可获得15.6dB增益。本文提出的低成本方案使得通过增加发射节点来提升输能效率变得可行。

非接触旋转关节输能系统的设计

针对常规旋转关节输电存在磨损、线缆缠绕折断等问题,引入电磁感应无线输能技术,设计了应用于旋转关节的电能传输系统。分析了影响传输效率的主要因素,利用Maxwell重点讨论了系统参数的设计依据,并对铁氧体耦合线圈进行了仿真。通过实际搭建无线输能测试平台,将仿真与实测的品质因数和耦合系数进行对比,验证了所述方法的正确性和可行性。在此基础上,通过调节旋转关节的传输距离,得到了系统传输效率、输出功率及输出电流与传输距离的关系。结果表明,该旋转关节无线输能系统在传输距离30 mm时,传输效率为30.59%,输出功率为40 W,可实现旋转供电。

一种宽/低输入功率的宽频整流电路设计

提出了一种由双T型短路匹配枝节、整流二极管和直通滤波器组成的低功率微带线整流电路。采用具有低导通电压的HSMS-2850二极管,使电路可工作于低输入功率条件;双T型阻抗匹配网络使电路具有宽频工作特性,输出端的直通滤波器用于抑制基波和高次谐波,以提高整流效率。ADS仿真和测试结果的趋势吻合。实测结果表明：整流电路在2.12-2.42GHz带宽内最高整流效率为56.2%,效率大于40%的相对带宽约15%;且在-13-5dBm的宽输入功率范围内,2.4GHz中心频点处的整流效率大于40%,该整流电路具有宽频、低/宽输入功率特性,可用于RFID、无线传感器等电子设备的无线供能。