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移動物體微波無線供電系統(tǒng)研究

發(fā)布時間:2018-10-05 16:28
【摘要】:隨著社會的不斷發(fā)展,有線的輸電方式已經(jīng)無法滿足社會的需求,因此新穎的無線電能傳輸越來越受到人們的關注。其中以微波方式的無線供電因具有傳輸范圍大,距離遠,且不易受環(huán)境因素影響等優(yōu)點,成為無線電能傳輸研究的重要方向之一。根據(jù)微波無線供電系統(tǒng)的設計指標,以設計高傳輸效率的移動微波無線供電系統(tǒng)為目標,對微波無線供電系統(tǒng)的組成、結構、傳輸效率等關鍵問題進行了詳細的分析研究,在此基礎上設計了一種工作在C波段的微波無線供電系統(tǒng)。首先,選擇ADF4106作為核心電路,選用集成壓控振蕩器芯片V940ME30作為外部壓控振蕩器,設計相應的環(huán)路濾波器,構成鎖相式頻率合成器,產(chǎn)生C波段的微波信號。系統(tǒng)鎖定時間為μs15,信號相位噪聲小于-80d Bc/Hz,性能優(yōu)異。再經(jīng)過兩級驅(qū)動功率放大芯片HMC407和HMC1086F10,將產(chǎn)生的微波信號功率放大,利用軟件ADS2014仿真后得到的功率為6W左右,并且功率放大整體增益為53d B。其次,選擇圓極化矩形微帶貼片天線作為微波能量的接收天線,利用傳輸模近似的方法計算出工作頻率為5.8GHz的天線的長度和寬度,對該尺寸的天線進行仿真優(yōu)化。同時選取HSMS-286B二極管作為整流二極管,利用ADS2014軟件建立整流二極管仿真模型,并根據(jù)仿真結果進行阻抗匹配。然后給出了低通濾波器的設計指標,用高低阻抗微帶線形式對低通濾波器進行設計,并對其優(yōu)化,使該濾波器成功阻礙高次諧波的通過。建立整流天線整體仿真模型,實現(xiàn)了工作在5.8GHz附近的接收整流天線系統(tǒng),經(jīng)過仿真整流天線微波到直流的最高轉(zhuǎn)換效率為74.42%。最后,對整個無線供電系統(tǒng)進行實驗系統(tǒng)的建立,用一個100Ω的電阻代替移動物體進行測試,最終接收到0.229V電壓,驗證了本設計方案的可行性。
[Abstract]:With the development of the society, the wired transmission mode can not meet the needs of the society, so the novel radio transmission has attracted more and more attention. The microwave wireless power supply has the advantages of large transmission range, long distance and not easy to be affected by environmental factors, so it has become one of the important research directions of radio energy transmission. According to the design index of microwave wireless power supply system, aiming at designing the mobile microwave wireless power supply system with high transmission efficiency, the composition, structure, transmission efficiency and other key problems of microwave wireless power supply system are analyzed and studied in detail. On this basis, a microwave wireless power supply system working in C band is designed. Firstly, ADF4106 is chosen as the core circuit and V940ME30 as the external VCO chip. The loop filter is designed to form the phase-locked frequency synthesizer to generate the microwave signal in C-band. The locking time of the system is 渭 s 15 and the signal phase noise is less than -80 d Bc/Hz,. After two stage drive power amplifier chip HMC407 and HMC1086F10, will produce microwave signal power amplification, the power obtained by software ADS2014 simulation is about 6 W, and the overall gain of power amplification is 53 dB. Secondly, the circular polarized rectangular microstrip patch antenna is selected as the receiving antenna of microwave energy. The length and width of the antenna with working frequency of 5.8GHz are calculated by using the method of transmission mode approximation, and the antenna of this size is simulated and optimized. At the same time, the HSMS-286B diode is selected as the rectifier diode, and the simulation model of the rectifier diode is established by using ADS2014 software, and the impedance matching is carried out according to the simulation results. Then the design index of low pass filter is given. The low pass filter is designed by high and low impedance microstrip line, and it is optimized so that the filter can hinder the passage of high order harmonics successfully. The integral simulation model of rectifier antenna is established and the receiving rectifier antenna system working near 5.8GHz is realized. The maximum conversion efficiency from microwave to DC is 74.42. Finally, the experiment system of the whole wireless power supply system is established, and a 100 惟 resistor is used to replace the moving object for testing. Finally, the 0.229V voltage is received, which verifies the feasibility of the design scheme.
【學位授予單位】:華北理工大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2017
【分類號】:TM724.1

【參考文獻】

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本文編號:2254073

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