微波能量傳輸技術(shù)(Microwave power transmission,MPT)突破了傳統(tǒng)能量傳輸過程中線纜的限制,實(shí)現(xiàn)了空間中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的能量傳輸方式,對(duì)于人類生活方式的轉(zhuǎn)變具有深遠(yuǎn)的影響,近年來受到了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。微波能量傳輸技術(shù)最初為實(shí)現(xiàn)空間太陽能輸電,但目前已逐漸應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,比如射頻識(shí)別、傳感器供電、無人機(jī)驅(qū)動(dòng)等。其應(yīng)用研究主要集中在無線充電、微波能量收集和無線能量傳輸三個(gè)方面,而整流天線作為各應(yīng)用中的關(guān)鍵器件,自然成為了微波能量傳輸技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。對(duì)應(yīng)用于微波能量收集的整流天線,仍然存在著諸多挑戰(zhàn),比如天線的尺寸和效率之間的平衡,接收到的環(huán)境內(nèi)單一頻段微波能量較為微弱等。在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研后,本文通過對(duì)雙頻整流天線的設(shè)計(jì),嘗試對(duì)以上問題進(jìn)行研究改善。文章的主要內(nèi)容如下:依據(jù)微帶天線的輻射原理,對(duì)雙頻微帶天線的理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究分析。在此基礎(chǔ)上,對(duì)常規(guī)單極子天線進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一款雙頻工作的全向單極子接收天線,其工作帶寬覆蓋WLAN頻段(2.4GHz和5.8GHz),以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布廣泛的WLAN頻段的電磁能量收集。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展工作帶寬,設(shè)計(jì)了一款寬帶全向接收天線,其尺寸寬度僅為10mm,在2.02-5GHz頻帶內(nèi)均有較好的全向特性。最后對(duì)小型化雙頻接收天線進(jìn)行研究,采用地板開槽的形式設(shè)計(jì)了一款雙頻天線,該天線尺寸較小并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。研究微波整流電路的工作原理。對(duì)肖特基二極管的特性進(jìn)行了相關(guān)理論分析和對(duì)比,選擇合適的整流二極管。對(duì)整流電路三種典型結(jié)構(gòu)的工作性能進(jìn)行仿真分析,最終選擇了整流效率較高的單管并聯(lián)和雙管倍壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對(duì)阻抗匹配的原理研究,重點(diǎn)關(guān)注對(duì)雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法,分別為單管并聯(lián)結(jié)構(gòu)和雙管倍壓整流電路進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了2.4GHz的單頻整流電路,并設(shè)計(jì)了一款WLAN頻段的雙頻倍壓整流電路,兩個(gè)頻段的整流效率可達(dá)到65%和44%。完成整流天線的設(shè)計(jì)后,對(duì)微波能量傳輸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了初步探索,實(shí)驗(yàn)測(cè)得在2.4GHz頻段,縫隙整流天線在-10dBm接收信號(hào)強(qiáng)度下最大直流電壓輸出為159mV,可為應(yīng)用于能量收集的升壓芯片供電,同時(shí)測(cè)試結(jié)果表明接收天線與整流電路間的良好匹配對(duì)整流天線的性能尤為重要。
【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】：2019
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

第一章 緒 論意義推動(dòng)著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類步入現(xiàn)代社用，然而，化石能源作為一種非可再生能源，需求將日益緊迫。為了解決能源危機(jī)，核能和受到人們的關(guān)注，但是核能技術(shù)十分復(fù)雜、不太陽能更是會(huì)受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海太陽能則不存在這些應(yīng)用中的不利因素，為科法。在 1968 年，美國(guó) P. E. Glaser 博士提出了太SPS）計(jì)劃[1]，利用太陽能衛(wèi)星進(jìn)行空間太陽（Microwave Power Transmission，MPT）技術(shù)、日本、加拿大等國(guó)家和地區(qū)對(duì)此計(jì)劃進(jìn)行了研究[2-9]，對(duì) MPT 技術(shù)發(fā)展起到了極大推動(dòng)作899 年首次提出并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)[10]，但可惜這數(shù)據(jù)沒有記錄下來[11]。

圖 1-3 微波能量空間傳輸效率與關(guān)系[16]術(shù)發(fā)展過程赫茲基于麥克斯韋理論首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無線電的線電波傳輸能量的概念。1899 年，特斯拉利用實(shí)驗(yàn)論并且使用巨大的電磁感應(yīng)線圈點(diǎn)亮了遠(yuǎn)距離的氖底完成后續(xù)的 Wardenclyffe Tower[17]。但是引起了各術(shù)的關(guān)注。30 年代末期，高頻源的磁控管和速調(diào)管研究取得了了從低頻向射頻能量傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變。在 1964 年，W.C（Raytheon）合作成功實(shí)現(xiàn)了 MPT 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)[18]，機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過安裝在該飛機(jī)上的偶極子整流天量，再經(jīng)過整流電路將其轉(zhuǎn)換為直流。該實(shí)驗(yàn)的成量傳輸技術(shù)的極大興趣，并且作為 MPT 系統(tǒng)關(guān)鍵部

（a） （b）圖 1-4 JPL 遠(yuǎn)距離 MPT 演示實(shí)驗(yàn)（a）遠(yuǎn)距離實(shí)驗(yàn)；（b）整流天線陣列到了 80 年代，日本、歐洲部分地區(qū)和加拿大都對(duì) MPT 系統(tǒng)進(jìn)行了較多的研究。加拿大在 1980 年提出了一種高空持續(xù)繼電平臺(tái) SHARP 計(jì)劃[24,25]，該平臺(tái)可以通過微波對(duì)輕型無人機(jī)供能，并在 1987 年采用 2.45GHz 的微波進(jìn)行能量傳輸，成功試飛了重量為 4.1kg 的無人機(jī)模型，如圖 1-5 所示
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2848662