無線輸能(Wireless power transfer,WPT)將能量從源端無線或非接觸地傳輸至負(fù)載端,可顯著提升輸電的便捷性和安全性,并能夠應(yīng)用于難以架設(shè)輸電線的特殊場(chǎng)合,如植入式醫(yī)療設(shè)備充電、近地?zé)o人機(jī)續(xù)航以及災(zāi)害區(qū)域的應(yīng)急救援等,是近幾年來備受科研界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的一個(gè)研究熱點(diǎn)。然而,實(shí)際應(yīng)用中,受限于輸能距離、輸能效率、輸能環(huán)境、電磁輻射安全等因素,無線輸能并未得到廣泛應(yīng)用。此外,如何將無線能量選擇性地傳輸至單個(gè)或多個(gè)目標(biāo),至今仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問題,本論文基于時(shí)間反演(Time Reversal,TR)電磁聚焦場(chǎng),以實(shí)現(xiàn)高能效、多目標(biāo)、選擇性的能量傳輸為目的,提出一種點(diǎn)聚焦無線輸能方法,并對(duì)點(diǎn)聚焦無線輸能的關(guān)鍵技術(shù)及特性進(jìn)行了深入研究。首先,提出一種單頻時(shí)間反演聚焦無線輸能技術(shù),克服了脈沖式TR技術(shù)能量傳輸不穩(wěn)定、物理實(shí)現(xiàn)困難的缺陷。當(dāng)前報(bào)道的TR技術(shù)及其應(yīng)用,基本都以短時(shí)脈沖作為激勵(lì)源,空間能量的集中只發(fā)生在某一特定時(shí)刻。對(duì)于電力傳輸應(yīng)用,需要持續(xù)且穩(wěn)定的能量傳輸,傳統(tǒng)的時(shí)間反演技術(shù)應(yīng)用受限。而本論文采用單頻的連續(xù)正弦波作為TR輸能信號(hào),此時(shí)能量接收波形亦為幅值均勻的正弦波,時(shí)間反演可等效為相位共軛,顯著降低了射頻及微波頻段內(nèi)TR操作的物理實(shí)現(xiàn)難度和成本;其次,建立了基于時(shí)間反演單點(diǎn)聚焦的無線輸能理論分析模型,研究了時(shí)間反演無線輸能的空間能效,并驗(yàn)證了TR方案能夠使無線輸能系統(tǒng)獲得最高的空間能效;然后,優(yōu)化出了基于時(shí)間反演技術(shù)與電磁場(chǎng)線性疊加原理的TR多點(diǎn)聚焦場(chǎng),該聚焦場(chǎng)僅對(duì)選定的受能目標(biāo)輸送等值的能量,且能夠防止無線能量被其余目標(biāo)竊取,成功突破了多目標(biāo)、選擇性無線輸能這一關(guān)鍵技術(shù)難題。最后,成功構(gòu)建了首個(gè)基于時(shí)間反演聚焦機(jī)制的無線能量傳輸系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)無線地驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)LED形成預(yù)期的點(diǎn)陣顯示圖案,進(jìn)行無線輸能演示實(shí)驗(yàn),收/發(fā)天線間的空間能效最高達(dá)70%以上,驗(yàn)證了本論文所提出的點(diǎn)聚焦無線輸能方法的可行性和優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN312.8
【部分圖文】：

無線電能傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀無線電能傳輸（WPT，Wireless Power Transfer）是當(dāng)前能量傳輸領(lǐng)域中究前沿，也是近年來倍受科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。相線的有線輸能方式，WPT 能將電能從源端到負(fù)載端以非接觸式或無線方送，不僅能夠擺脫線纜束縛、節(jié)約線纜資源、提升輸電的便捷性和靈活還能消除電火花以及觸電造成的各種潛在的電力災(zāi)害。更為重要的是，應(yīng)用于難以架設(shè)輸電線的特殊場(chǎng)合，例如植入式醫(yī)療設(shè)備充電、近地?zé)o以及災(zāi)害區(qū)域的應(yīng)急救援等。WPT 可廣泛應(yīng)用在無線終端設(shè)備、萬物互駕駛、智能制造、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航空航天、軍事國(guó)領(lǐng)域，具有極為廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究?jī)r(jià)值。電磁能量的無線傳輸思想最早源自于著名電磁學(xué)家 Nikola Tesla，他試圖本身與大氣電離層為導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)電力的無線輸送，但受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的并未獲得成功。在 1899 年，Tesla 改用“特斯拉感應(yīng)線圈”，利用電磁波應(yīng)耦合成功實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，首次證實(shí)了電能無線傳輸?shù)目尚行訹2]。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文有得到明顯提升，所以目前這種為手機(jī)、隨身聽等移動(dòng)小功率電器并未得到廣泛的使用。2008 年，S.Ahson 等人提出一個(gè)近場(chǎng)ield RFID）系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過犧牲傳輸效率的方式來延長(zhǎng)傳輸距到了數(shù)十厘米，作為代價(jià)，傳輸效率降至 1%-2%[4]。2009 年，司基于 ICPT 原理共同開發(fā)了一個(gè)的電動(dòng)汽車非接觸充電系統(tǒng)，內(nèi)的傳輸效率可達(dá) 90%左右，但是，當(dāng)發(fā)送盤與接受盤之間存在的輸送效率將急劇降低[5]。2010 年，奧克蘭大學(xué)在英國(guó)成立的的電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)，電源傳輸板與電能接收墊無需完全一定的橫向位移偏差[6]。2011 年，HaloIPT 公司與 Draysgies 合作研發(fā)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)充電技術(shù)，通過埋在賽道下的電能傳輸車進(jìn)行無線充電[7]。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文有得到明顯提升，所以目前這種為手機(jī)、隨身聽等移動(dòng)小功率電器并未得到廣泛的使用。2008 年，S.Ahson 等人提出一個(gè)近場(chǎng)ield RFID）系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過犧牲傳輸效率的方式來延長(zhǎng)傳輸距到了數(shù)十厘米，作為代價(jià)，傳輸效率降至 1%-2%[4]。2009 年，司基于 ICPT 原理共同開發(fā)了一個(gè)的電動(dòng)汽車非接觸充電系統(tǒng)，內(nèi)的傳輸效率可達(dá) 90%左右，但是，當(dāng)發(fā)送盤與接受盤之間存在的輸送效率將急劇降低[5]。2010 年，奧克蘭大學(xué)在英國(guó)成立的的電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)，電源傳輸板與電能接收墊無需完全一定的橫向位移偏差[6]。2011 年，HaloIPT 公司與 Draysgies 合作研發(fā)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)充電技術(shù)，通過埋在賽道下的電能傳輸車進(jìn)行無線充電[7]。
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本文編號(hào)：2842240