X-BAND CIRCULARLY POLARIZED RECTENNAS FOR MICROWAVE POWER TRANSMISSION APPLICATIONS

Circularly polarized rectennas operating at X-band are studied in this paper. The quasi-square patches fed by aperture coupling are used as the circularly polarized receiving antennas, which are easily matched and integrated with the circuits of rectennas. The double-layer structure not only minimizes the size of the rectennas but also decreases the effects of the circuits on the an- tenna. The receiving elements have broader bandwidth and higher gain than the single-layer patches. Two rectennas operating at 10GHz are designed, fabricated and measured. The voltage of 3.86V on a load of 200? is measured and a high RF-DC conversion efficiency of 75% is obtained at 9.98GHz. It is convenient for this kind of rectennas to form large arrays for high power applications.

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.

一种基于肖特基二极管的大功率微波整流电路

为满足微波输能的大功率整流要求,提出了一种结合功分器和二极管阵列的整流电路,来提升微波整流电路的功率容量.该方法保持了较高整流效率,提升了整流电路的功率容量.根据需要调节功分器的分支数量,扩展了功率容量的覆盖范围.该电路结构紧凑,形式灵活,简捷高效.依此方法设计的整流电路,当输入功率在36dBm^42dBm时,均取得了大于60%的实测整流效率.在输入功率为41dBm时,整流效率达到了68%.电路的最高功率容量达到了43dBm.

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。

微波输能技术概述与整流天线研究新进展

介绍了微波输能(MPT:Microwave Power Transmission)系统的工作原理和系统组成,指出系统各部分的技术水平。其次,对MPT技术的发展和应用做了全面概述,它主要用于太阳能卫星、临近空间飞行器等远距离输能,目前在低功率应用领域得到关注。然后对微波无线输能系统的关键技术——整流天线研究进展做了详细分析。最后,讨论了微波输能技术的发展前景和尚待攻破的技术难题。

用于提高微波无线能量传输系统接收端能量转换效率的肖特基二极管

转换效率是微波无线能量传输系统的关键参数,为提高该参数指标,本文提出了一种GeOI折叠空间电荷区肖特基二极管,该器件结构可以显著降低肖特基二极管的零偏置电容,利于能量转换效率的提高.通过在ADS仿真软件中使用该器件SPICE模型进行整流电路仿真,在输入能量为24.5 dBm时,获得了75.4%的转换效率.

Ka波段整流天线的时域分析

本文采用时域散射参数法（TDSPM）分析35GHz的整流天线。该方法采用一系列的代数方程代替分布参数模型法中的微分方程组，大大减少了计算量，其计算结果与谐波平衡法（HBM）的结果进行了比较，两者吻合得很好，这说明了时域散射参数法的有效性。通过对电路的优化得到了一种新的整流天线结构，此天线在150mW净输入功率和100Ω的负载电阻下得到60％的转换效率。

整流天线研究进展及设计方法概述

微波输能(MPT)技术通过微波波束在两点之间进行能量的无线传输,可用于太阳能卫星、近空间飞行器、无线传感器等.整流天线将微波能量捕获并转换为直流,是MPT系统的关键部件.首先,从拓展工作频带、输入功率范围和负载范围等方面对整流天线最新研究进展进行概述,然后分析了其核心器件整流电路的拓扑结构及相应适用场合,对有效设计整流天线的步骤进行综合,最后分析了整流天线技术存在的问题,并指出了MPT技术未来的发展方向.

一种小型化高效微波整流天线的设计

目的为远距离设备供电以及低功率电子设备的能量补给等诸多领域设计一种工作于2.45GHz的小型化高效微波整流天线。方法将整流天线设计的基本原理和三维电磁仿真软件结合,重点仿真设计加入缺陷地结构的微带贴片天线和椭圆函数型输入低通滤波器,从而提高整流天线的整体性能。结果完成了该设计,并达到了既定的设计要求。结论由于采用了性能更优良的椭圆函数型低通滤波器,新设计的整流天线系统有效提高了微波能量转换效率,与此同时降低了整流天线的整体尺寸。

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。

2.45GHz微波整流电路设计

为了将2.45GHz微波能量转换为直流能量,采用二极管结合微带线结构设计出一个微波整流电路。用微波电路仿真软件ADS 2011对电路进行仿真及优化,其微波-直流转换效率仿真结果可以达到80%以上。对实物加工和测试,其实际转换效率可以达到65%以上。由于该整流电路具有小型化、高转换效率特点,可用于微波输能(MPT:Microwave Power Transmission)系统。

微波输能中一款S波段整流天线阵列研究

微波无线能量传输是空间无线能量传输的一种途径,微波整流天线阵列作为微波无线能量传输系统的重要组成部分,得到了迅速发展和研究。文章在2.45GHz频段分别设计了微带偶极子接收天线和高效微带整流电路,并组成50cm×50cm的微波整流天线阵列。阵列由72个整流天线单元组成,每个整流天线单元包括一个偶极子天线和一个整流电路。实验测试得到37.1%的整体传输效率。

微波整流天线研究进展

整流天线是微波无线能量传输和环境能量收集的关键技术之一。文章对整流天线的应用场景作了概述,介绍了微波整流天线的主要组成及各部分的作用和特点。综述了国内外对整流天线的研究热点和研究现状,讨论了整流天线的应用前景和发展方向。

一种新型微带贴片微波整流天线设计

在微波无线能量传输系统中,整流天线广泛应用。为了解决整流天线中小型化的问题,对整流天线结构进行研究,提出一种新型整流天线设计。通过将天线和整流二极管阻抗直接共轭匹配进行设计,简化整流天线结构。该新型整流天线设计方法应用于2.45 GHz微带贴片微波整流天线中,用1 mm厚的F4B-2介质板设计和加工,设计出新型微带贴片整流天线,尺寸为70 mm×70 mm。实验结果显示,新型微带贴片整流天线最高整流效率为69.3%。新型整流天线相比传统整流天线具低剖面、轻重量、结构简化、低成本、容易加工和高射频-直流转换效率等优势,证明了该设计的有效性。

一种紧凑型宽带高效微波整流电路

运用λ_g/8终端短路微带线实现无输入低通滤波器的微波整流电路。该结构串联于整流二极管与地之间,抵消了整流二极管在基频时的容性阻抗,并抑制了谐波电流,因此该整流电路移除了输入低通滤波器和匹配电路,结构和尺寸更加紧凑。理论分析和实验测试表明,本设计在较大输入功率、频率范围内实现了高效整流。实验结果表明,在输入功率12～24 dBm和频率1.48～2.02 GHz范围内,整流效率超过70%。当输入功率为21.8 dBm,频率为1.8 GHz时,最高整流效率为83.3%。电路尺寸优于15 mm×20 mm。

一款小型化2.45 GHz整流天线的设计

为解决整流天线设计复杂、整流效率较低的问题,提出一种新型S波段微波整流天线,利用空气层拓展贴片天线的带宽,将整流电路集成到天线的空气层内,减小了整流天线的尺寸,并研究了天线和整流二极管阻抗匹配的关系。基于该结构,设计了2.45GHz微波贴片整流天线,采用F4B介质板进行加工,整流天线的横截面为70mm×70mm。经实验测量,该新型微波整流天线在天线接收功率为20dBm时,整流效率达到72.4%。该新型整流天线相比传统整流天线具有尺寸小、高射频.直流转换效率的特点,证明了设计的有效性。

一种新型高效宽带整流电路

提出一种新型高效宽带整流电路。通过在整流二极管前端串联一段微带线的方式,在其呈感性的范围内调节其长度,抵消二极管在基频上产生的容抗,使阻抗匹配时可以采用1/4波长阻抗变换方式取代单枝节匹配的方式,因而该整流电路的整体结构紧凑,同时拓展了工作带宽。改进直流滤波结构中的扇形枝节,根据其影响直流电压波形的现象调节其尺寸,使得输出直流电压纹波平稳,进一步提高整流效率。设计了一只5.8 GHz整流电路,测试表明,输入功率在0~16 dBm的范围内,该电路整流效率都在55%以上,最高效率达到78.7%;在13 dBm输入功率时,达到70%以上整流效率的相对带宽有16.6%。

一种基于介质集成悬置线的高效率微波整流电路

针对整流电路中微带传输线损耗高的问题,提出了一种基于介质集成悬置线(SISL)技术的高效率微波整流电路,首次实现了SISL与微波整流电路的有机结合。采用SISL结构将微波整流电路置于由多层介质基板堆叠而形成的金属腔内,降低了辐射损耗和插入损耗。通过理论计算得到SISL结构的等效介电常数,设计了基于SISL的直流滤波器和单枝节输入匹配网络,与肖特基二极管构成了微波整流电路。制作了基于SISL结构的工作频率为2.45 GHz的整流电路,测试结果与仿真结果吻合良好。在16.2 dBm输入功率和680Ω直流负载下,获得了80.6%的RF-DC转换效率。基于SISL的整流电路采用标准的印制电路板工艺设计,成本低、加工周期短,可大规模应用到无线能量传输技术中。

基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率,本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先,通过对整流电路的工作原理进行分析,得到整流电路的等效电路模型。然后,通过推导整流电路转换效率的公式,分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上,提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下,通过升高二极管的输入电压幅值,可以降低流过整流二极管的电流,从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明,在整流电路与功率源匹配良好的情况下,通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率,在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。