【摘要】：無線能量傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術(shù)是指無需借助傳統(tǒng)的導(dǎo)線而將能量從源傳輸至接收端的技術(shù)方法。微波輸能(Microwave Power Transmission,MPT)是一種采用微波作為能量傳輸載體的無線能量傳輸。它具有傳輸距離范圍廣、應(yīng)用場景多,傳輸能量大等諸多優(yōu)勢,得到了廣泛的研究與應(yīng)用。整流電路是MPT系統(tǒng)中的重要組成部分,其功能是將系統(tǒng)接收端接收到的微波信號轉(zhuǎn)換為直流能量為終端設(shè)備供能。由于整流電路中的整流二極管具有非線性特性,其工作功率、頻率和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)均會引起整流效率衰減。針對該問題,本文將主要研究如何擴(kuò)展整流器的動態(tài)工作范圍,具體來說,主要研究內(nèi)容如下:(1)一種基于新型能量回收技術(shù)的寬功率范圍整流器設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)提出了一種基于分支線耦合器的能量回收網(wǎng)絡(luò),用以回收低輸入功率下的反射能量,從而擴(kuò)展整流電路的適用功率范圍。電路中,分支線耦合器的兩個(gè)輸出端口分別與兩個(gè)設(shè)計(jì)用于對較高輸入功率進(jìn)行整流的支整流電路(主整流枝節(jié))相連,同時(shí)分支線耦合器的隔離端口與一個(gè)設(shè)計(jì)用于對較低輸入功率進(jìn)行整流的支整流電路(能量回收枝節(jié))相連。利用分支線耦合器的特性,在低功率輸入下,主整流枝節(jié)上的反射能量會被收集到能量回收枝節(jié)上進(jìn)一步整流利用。因此,反射的能量可以被有效的回收利用,從而提升電路的總體整流效率,擴(kuò)展電路的適用功率范圍。文章中給出了詳細(xì)的理論推導(dǎo),并且與不帶能量回收網(wǎng)絡(luò)的整流電路進(jìn)行性能比較。結(jié)果表明,本設(shè)計(jì)具有能量回收的功能,擴(kuò)展了電路的適用功率范圍。為了實(shí)際驗(yàn)證,設(shè)計(jì)了一個(gè)工作在2.45GHz的整流電路并做版測試。經(jīng)測試,整流電路在輸入功率為8.5到32.5 dBm的范圍內(nèi)保持整流效率50%以上,證明該設(shè)計(jì)在保持高效率的同時(shí)擴(kuò)展了電路的適用功率范圍。(2)一種基于嵌入型阻抗壓縮復(fù)阻抗壓縮網(wǎng)絡(luò)的小型化寬功率范圍整流電路。該電路為單路結(jié)構(gòu),由一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)融合了嵌入型復(fù)阻抗壓縮網(wǎng)絡(luò)(Integrated Impedance Compression Network)的整流部分和一個(gè)直通濾波器組成。與之間已提出的雙路阻抗壓縮的研究不同,本文提出的IICN連接了兩個(gè)并聯(lián)的整流二極管組成了單路結(jié)構(gòu)。應(yīng)用所提出的IICN能夠有效地壓縮整流二極管隨輸入功率變化的阻抗,從而使得電路的阻抗匹配在不犧牲其他性能的情況下得以改善。IICN的另一個(gè)優(yōu)勢是相較于已有的一些研究來說,減小了電路的體積和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。文章中給出了IICN的理論分析和推導(dǎo),并設(shè)計(jì)了一個(gè)工作在2.45GHz上的整流電路來驗(yàn)證該理論分析,仿真和測試結(jié)果高度吻合。(3)基于電壓調(diào)制技術(shù)的寬功率范圍整流電路的研究與設(shè)計(jì)。該研究首先討論了整流二極管接地線對整流二極管上的加載電壓的調(diào)制作用,發(fā)現(xiàn)通過電壓調(diào)制可以控制整流電路的最大效率功率點(diǎn)以及輸出直流電壓。利用該特性,設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓調(diào)制組合網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)由一對具有不同長度接地線的并聯(lián)整流二極管組成,不但可以使得整流電路在不同的功率點(diǎn)上取得高效率,并且可以擴(kuò)展電路整體的適用功率范圍。文章中給出了相關(guān)的理論推導(dǎo)和分析,并設(shè)計(jì)了一個(gè)工作在2.45GHz的整流電路來驗(yàn)證該理論分析,仿真和測試結(jié)果驗(yàn)證了該理論的準(zhǔn)確性。最后還對該技術(shù)與其他技術(shù)的兼容性設(shè)計(jì)的可行性做了分析(4)設(shè)計(jì)了一種超寬帶小型化寬頻率范圍整流器。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,電路由兩個(gè)倍壓整流電路組合而成。文章中分析了倍壓整流電路在一定頻率范圍內(nèi)的阻抗變化,首次提出并分析了倍壓整流電路的諧波抑制功能,并根據(jù)倍壓整流電路的頻率阻抗特性,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的小型化匹配電路,實(shí)現(xiàn)了電路在超寬帶上的高效率整流。電路做版測試結(jié)果能夠證明理論分析的正確性和有效性,在0.1到4GHz的范圍內(nèi)保持50以上的整流效率。
【圖文】：

與意義前世界上最受關(guān)注的核心問題之一，在經(jīng)歷了大量能源的發(fā)展階段之后，人類開始意識到包括可持續(xù)系列問題。為了解決大量使用化石能源所帶來的危發(fā)上。太陽能是一種可再生的清潔能源，，目前已經(jīng)相較于太陽實(shí)際輻射出的巨大能量來說，人類有效用率實(shí)際上非常的低。問題，美國 Peter Glaser 博士于 1968 年提出了太陽，其示意圖如圖 1-1 所示[1-2]。該系統(tǒng)的核心思想是上布置太陽能衛(wèi)星來收集空間太陽能，然后通r Transmission, MPT)傳輸?shù)降厍蚬┤祟愂褂谩PS 計(jì)洲都紛紛開展相關(guān)技術(shù)研究，大大促進(jìn)了微波輸能的無線輸能技術(shù)正式進(jìn)入了大眾的視野。

將二極管的結(jié)電壓表示為：,0 ,1cos( t), if diode is off, if diode is ond ddbiV VVV 表總的結(jié)電壓， ,0、 ,1分別代表結(jié)電壓的直流分管正向?qū)〞r(shí)，結(jié)電壓總是等于二極管的正向?qū)ㄟM(jìn)行分析，當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)，二極管上的寄生電阻二極管上，因此容易得到,0 ,0,1 ,1i di dV VV V 輸入電壓是相等的，但由于結(jié)電容的存在，結(jié)電壓了證明的方便，同時(shí)考慮到結(jié)電容足夠小，這個(gè)相
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM724;TM461

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 雷開卓;黃建國;張群飛;陳建峰;李寧;方明;;定向能武器發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[J];魚雷技術(shù);2010年03期

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3 文舸一;微波功率傳輸?shù)睦碚撗芯縖J];電子科學(xué)學(xué)刊;1998年04期

4 李中云,文舸一;Ka波段整流天線的時(shí)域分析[J];微波學(xué)報(bào);1998年02期

本文編號：2615804