近年來,無線能量傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術(shù)已經(jīng)逐漸進入了人們的視野,特別在智能終端,物聯(lián)網(wǎng),人體局域網(wǎng),智能家居設(shè)備以及工業(yè)電動汽車等領(lǐng)域,已經(jīng)實現(xiàn)了無線能量傳輸技術(shù)的商用化。然而隨著WPT技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對于無線能量傳輸?shù)男逝c作用距離也提出了越來越高的需求。電磁超表面作為一種可以靈活調(diào)控電磁波相位,幅度以及極化的新方法,它的發(fā)展帶來了很多新概念和應(yīng)用的潛在可能性。本論文以電磁超表面以及無線能量傳輸兩個技術(shù)領(lǐng)域作為切入點,主要研究利用反射電磁表面來實現(xiàn)無線能量的聚焦傳輸,同時研究微波能量的轉(zhuǎn)換問題,包括射頻整流電路的設(shè)計與匹配,旨在建立一個以聚焦型反射電磁表面為核心的高效微波無線能量傳輸方案。此外,針對未來通信系統(tǒng)的盲區(qū)覆蓋問題,研究利用反射電磁表面來實現(xiàn)信號覆蓋的問題。本文具體的研究工作包括以下幾個方面:1.基于反射電磁表面的近場聚焦設(shè)計。對于不同饋源焦點數(shù)量情況下的聚焦電磁表面分別進行了理論分析與設(shè)計,包括單饋源單焦點,單饋源雙焦點,以及雙饋源單焦點與雙饋源雙焦點四種不同情況。設(shè)計了具有極化焦點獨立調(diào)控特性的聚焦表面,當饋源的極化改變時,聚焦表面產(chǎn)生的焦點位置會相應(yīng)變化。重點提出了一種新的設(shè)計思想,即多焦點不等功率分配的設(shè)計,使得聚焦位置處的能量分配具有可調(diào)節(jié)性。加工了兩塊陣面規(guī)模為390mm×390mm工作于10GHz的聚焦反射電磁表面,實驗結(jié)果表明該設(shè)計很好的實現(xiàn)了無線能量的空間分集功能,且具有極化焦點獨立調(diào)控以及焦點功率分配可調(diào)的特點。2.射頻整流電路的研究與設(shè)計。討論了不同輸入功率及頻率下整流電路的設(shè)計,具體設(shè)計了一款應(yīng)用于低輸入功率下的2.45GHz整流電路,采用加載高次諧波抑制支節(jié)的匹配網(wǎng)絡(luò),抑制高次諧波的反射,將射頻能量集中阻隔在整流二極管部分。實驗結(jié)果表明,在輸入功率為-20dBm的情況下,能獲得28%的整流效率,-10dBm的情況下,能獲得42%的整流效率。仿真設(shè)計了一款工作在10GHz的整流電路,在輸入功率為5dBm時,仿真效率可達67%。3.基于雙層十字結(jié)構(gòu)的反射電磁表面研究。設(shè)計了一種基于雙層十字結(jié)構(gòu)的新型電磁表面單元,可以獲得超過500°的反射相移范圍且相移曲線的線性度較好,單元整體具有良好的雙極化正交保持性以及極化角度穩(wěn)定性。仿真設(shè)計了一款規(guī)模16×16的定向波束反射電磁表面,1dB方向性系數(shù)帶寬約為20.7%;并通過數(shù)值仿真模擬了定向波束反射電磁表面對于信號盲區(qū)的覆蓋能力。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

究現(xiàn)狀線能量傳輸技術(shù)紀末期，人們對于無線能量傳輸已經(jīng)展開了研究。一次 WPT 實驗，他試圖通過 150kHz 的無線電波傳輸大，最后由于無線功率的擴散而實驗失敗，原因是沒有天線的口徑。在 Nikola Tesla 失敗以后，無線電波的和遙感技術(shù)的研究。然而，無線通信和遙感技術(shù)的進步直到二十世紀六十年代，Brown 利用高頻微波技術(shù)重也得益于二戰(zhàn)期間無線通信以及雷達遙感技術(shù)的快率磁控管開展了大量實驗，并開創(chuàng)性的提出了整流天能量。1963 年，第一個整流天線誕生，在輸出功率流效率[36]。1975 年，Brown 和 Dickinson 的團隊成功的地對地 WPT 實驗[38]，如圖 1.1 所示。

(a)(c)相控陣 WPT 實驗，(a)相控陣技術(shù)的 WPT 實驗驅(qū)動無陣發(fā)射天線[40]，(c) MIT 團隊及其 WPT 實驗實物圖片[4能量傳輸?shù)难芯科鸩捷^晚，1994 年電子科技大概念，此后國內(nèi)學者才開始了對于這一領(lǐng)域的的王鵬飛等人開展了微波輸能驅(qū)動微機器人實驗款高清“無尾電視”，該電視基于磁耦合諧振技轉(zhuǎn)換，如圖 1.3 所示。

其結(jié)構(gòu)如圖 1.4(b)，再次讓左手媒質(zhì)被評為當年度十大科學進展之一。(a) (b)圖1.4 人工電磁媒質(zhì)的發(fā)展，(a)左手材料[45]，(b)隱身斗篷[47]近年來，人工電磁材料的發(fā)展十分迅速，然而隨著技術(shù)的發(fā)展以及需求的變化，傳統(tǒng)塊狀三維結(jié)構(gòu)的人工電磁媒質(zhì)所存在的尺寸大、難于集成的問題阻礙了其應(yīng)用發(fā)展。平面二維或準二維結(jié)構(gòu)的電磁超表面逐漸進入了研究人員的視野。電磁超表面概念確立的創(chuàng)造性工作是哈佛大學 Capasso 教授在 2012 年的《科學》雜志中提出了廣義 Snell 定律的概念[48-51]，圖 1.5 為該概念的示意圖，利用電磁超表面單元的相位調(diào)控功能引入相位梯度的概念，從而實現(xiàn)了入射波的異常反射，折射現(xiàn)象。廣義 Snell定律的提出為電磁超表面的設(shè)計提供了新的思路，即通過調(diào)整電磁表面單元間的相位梯度從而達到調(diào)控反射波或透射波傳播特性的目的；在此概念提出以前

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王鵬飛;肖劍山;李滿天;孫立寧;;面向微小型機器人的5.8GHz微波能量傳輸系統(tǒng)[J];機器人;2010年04期

2 鄧紅雷;孔力;;一種新穎的5.8GHz微帶貼片整流天線[J];華南理工大學學報(自然科學版);2007年05期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 余世星;人工電磁表面的理論設(shè)計及渦旋電磁波調(diào)控應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學;2017年

2 李永久;寬帶平面反射陣和多層頻率選擇表面研究及其應(yīng)用[D];西安電子科技大學;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

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本文編號：2809472