【摘要】：微波能量傳輸是一種利用微波進行遠距離能量傳輸?shù)姆椒?適用于不易獲取直流電能的場合,在空間、軍事、民用、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用前景。微波能量傳輸系統(tǒng)由微波發(fā)射天線子系統(tǒng)與接收整流天線子系統(tǒng)組成。其中接收整流天線分系統(tǒng)由接收天線,整流電路與直流合成電路構(gòu)成,是微波無線能量傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。目前,接收整流天線多以陣列形式出現(xiàn),然而國際上對于整流天線的陣列設(shè)計仍然沒有完善的理論支持。針對于這一點,本文以實現(xiàn)接收整流天線陣列的高效率為目標,從子陣布局方法研究、高效微波整流與直流合成電路設(shè)計三方面開展研究,主要工作如下:(1)接收天線的陣列布局方法研究針對接收整流天線陣列現(xiàn)有兩種陣列布局方法低效率與高復(fù)雜度的問題,提出了子陣布局方法。以Friis方程為基礎(chǔ),建立了子陣接收功率計算模型,基于此計算模型,建立了以子陣接收功率均勻化為優(yōu)化目標的子陣布局優(yōu)化模型,并利用局部搜索算法對該優(yōu)化模型進行求解。通過數(shù)值仿真與現(xiàn)有兩種布局方法進行對比,驗證了子陣布局方法的有效性。(2)高轉(zhuǎn)換效率整流電路設(shè)計以高轉(zhuǎn)換效率為目標,設(shè)計得到了兩種具有不同輸入功率的高效整流電路。首先,借助ADS以HSMS2860與HSMS2820二極管為核心,進行了輸入功率分別為16dBm與26dBm兩種整流電路的設(shè)計與仿真。隨后,基于提出的效率與大信號反射系數(shù)的測試方法,對兩種整流電路進行了測試,仿真與測試結(jié)果表明,兩種整流電路的仿真整流效率分別為80%與78.5%,測試整流效率分別為75%與62%,反射系數(shù)均低于-20dB,驗證了本文所設(shè)計整流電路的高效性。(3)直流合成的串并聯(lián)方法研究針對傳統(tǒng)直流合成方法損耗大,帶負載能力差的問題,進行了動態(tài)串并聯(lián)方法的研究。利用整流電路測試數(shù)據(jù),建立單整流電路的等效電路模型。基于單整流電路等效電路模型,推導(dǎo)得到整流電路陣列串并聯(lián)系統(tǒng)輸出端的伏安特性曲線,并通過搭建串并聯(lián)測試平臺,驗證了推導(dǎo)關(guān)系的正確性。基于此推導(dǎo)關(guān)系,以增強整流電路陣列的帶負載能力為目的,建立了動態(tài)串并聯(lián)優(yōu)化模型,并利用遺傳算法對模型進行求解。最后給出易于實現(xiàn)的動態(tài)串并聯(lián)電路形式。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN820;TN702
【圖文】：

圖 1.4 日本 MINIX 實驗，加拿大在 SHARP 項目的飛行試驗[8]，利用 2.45GHz 器在 150m 高空持續(xù)飛行 20 分鐘（如圖 1.5 所示）。其接 400W/m2，接收直流功率達到 150W。圖 1.5 加拿大 SHARP 飛行試驗，法國國家科學(xué)研究中心在留尼汪島搭建能量傳輸系統(tǒng)并通過微波成功為附近村莊提供電能[9]。

圖 1.6 日本兵庫 JAXA 在 2015 年的 MPT 實驗而我國微波傳能實驗起步較晚。雖然很多技術(shù)都不成熟，但是同樣出現(xiàn)了一些較為優(yōu)秀的成果。如 2009 年，四川大學(xué)完成的微波能量傳輸實驗，利用平面天線作為發(fā)射端，整流天線陣列作為接收端，其傳輸距離為 200m。這是國內(nèi)較早進行的遠距離微波輸能的外場實驗。1.2.2 整流天線的研究現(xiàn)狀作為射頻整流的先驅(qū)者，1970 年 W.C.Brown 采用肖特基二極管和橋式整流方法，在頻率 2.45GHz 下，得到 76%的整流效率[11]。之后的 1977 年，他采用特定的 GaAs 勢壘二極管，以及半波振子天線結(jié)構(gòu)，通過對濾波器拓撲結(jié)構(gòu)進行改良，在接收功率為 8W 的情況下，得到了迄今為止最高的轉(zhuǎn)換效率為 90%[12]。

圖 1.8 2.45GHz 與 5.8GHz 雙頻整流電路在功率方面，追求超低功率、大功率以及寬輸入功率范圍。，2013 年，四川大學(xué)張彪等人為了滿足微波能量傳輸?shù)拇蠊α艘环N結(jié)合功率合成器和肖特基二極管陣列的大功率整流電 40dBm，均取得 60%以上的整流效率（如圖 1.9 所示）。圖 1.9 四川大學(xué)張彪等人設(shè)計的大功率整流電路京都大學(xué) Shinohara 團隊研制的高靈敏度微波整流電路[16]，如

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本文編號：2748206