封闭空间内自适应无线能量传输研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wujie1983
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微波能量传输作为一种以微波为载体的无线电力传输技术已被研究多年。然而,微波能量传输技术的实用化仍然需要解决辐射损耗严重,人体安全风险,以及电磁兼容等问题。近年来,许多文献报道了封闭空间内微波能量传输的研究工作。这些工作中,电子设备在金属边界包围的一个三维区域内以无线方式获取电能。由于微波能量都被限制在封闭盒子内,不存在辐射损耗,故可能实现高效率(80%以上)的无线能量传输。此外,在一些应用场景下,封闭空间内微波能量传输的功率大小不受无线电管理法规的限制,也不会产生电磁兼容性问题。封闭空间中电磁波经过边界多次反射,使得空间内的电磁场分布呈现很强的驻波模式,从而导致微波能量传输效率对无线能量接收器的空间位置非常敏感。例如,封闭盒子内部可能会存在一些“暗点”位置,接收器在这些位置接收的功率将非常少。为解决这一技术难题,本文研究适用于封闭空间的寄生阵列传能方案,在此方案基础上,提出了根据目标(即无线能量接收器)位置重构场分布以实现自适应的无线能量的高效传输。本文主要的研究工作如下:(1)建立微波网络模型研究封闭空间内的微波能量传输。分析和比较了传统相控阵和寄生阵列两种方案在封闭空间内的电磁聚焦性能,推导了双单元传能阵列时的最大能量传输效率表达式。分析结果表明,寄生阵列比相控阵更适用于在封闭空间内进行微波能量传输。并且仿真分析了非理想因素对寄生阵列传能效率的影响。(2)提出了基于寄生传能阵列的回复反射自适应聚焦传能方案,基于该方案,设计实现了一个1m边长铝制的立方封闭空间内的微波能量传输实验验证系统。在该实验系统中,封闭空间内不同位置的目标设备首先发送一个427MHz的导引信号,无线能量发射器调节寄生阵列各单元加载的反射负载电抗值,直至接收到的导引信号功率最大,从而确定寄生阵列的最优负载组合。然后,采用该最优寄生负载组合,即可实现无线能量传输效率的最大化。此外,实验系统中负载电抗值的切换和效率的优化均由计算机自动控制,从而实现了实时快速的自适应场分布重构。(3)研究了频率优化作为重构场分布实现高效微波能量传输的另一种方法,提出了封闭空间内频率自适应的微波无线能量传输方案。在边长为1m的封闭腔体,采用频率可调的微波发射电路板在850MHz至950MHz范围内调频。初步结果表明,频率调整在改善可重构性方面具有巨大潜力。在无腔体损耗,或者损耗很小的封闭环境下,该方案可以通过搜索回波损耗最小的频点近似确定最优传输频点,从而明显提升无线能量传输效率。
其他文献
随着无线通信系统的日益发展,人们对微波器件的要求日益提高,尤其是高功率微波器件。微波衰减器是无线传输数字电视系统、电信、通信等测量设备中用来控制输出信号幅度的主要功能器件。在大功率微波测量时,特别是在航空航天领域中,往往涉及到大功率发射器件,测试过程中吸收微波能量所产生的热量不能及时有效地耗散,致使衰减材料温度持续升高,直至衰减器损坏,目前衰减器主要采取外部水冷或加载散热片间接散热,尺寸较大。因此
学位
作为光载无线通信的核心技术之一,微波信号的光学产生技术由于其具有高频、宽带的优势,成为了该领域的研究焦点。其中,基于光注入半导体激光器的光生微波技术因结构简单、调谐性好且易于集成,是一种微波信号产生的有效途径。半导体激光器在外部光扰动下会呈现出丰富的非线性动力学特性,对其进行深入研究,掌握相关规律,并据此对微波信号产生系统进行调控,是光注入半导体激光器技术走向实用的前提。本文分析了光注入半导体激光
学位
在全面建设社会主义现代化的奋斗道路上,农村发展问题是阻碍我们前进脚步的一座大山,乡村振兴战略作为解决“三农”问题的总抓手,对解决农村问题,实现第二个百年奋斗目标具有全局性意义,而研究型审计则是协助乡村振兴战略实施的重要帮手。通过梳理乡村振兴战略的政策背景以及研究型审计的内涵与作用,分析开展乡村振兴审计的现实困境,理清乡村振兴实践中研究型审计的主要内容,结合审计项目的开展过程,从审前、审中、审后三个
期刊
谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应测量角速度的光学传感器,由于体积、集成度、成本和灵敏度方面具有潜在优势,成为国内外角速度惯性传感器的重要发展方向。背向散射噪声是最主要的一种谐振式光纤陀螺光学噪声,对传感器测量精度有重要影响。由于外差式光锁相环能够锁定主从激光器的频率差,可从原理上抑制谐振式光纤陀螺的背向散射噪声,近年来光锁相环技术开始用于谐振式光纤陀螺领域。针对谐振式光纤陀螺对光锁相环电路
学位
平衡电路对环境噪声和电磁干扰有较高免疫力,所以在现代高速无线通信系统得到了广泛的应用。如何实现高共模抑制的平衡滤波器、平衡定向耦合器等各类平衡无源器件,依然是当下的一个研究热点。另一方面,由于基片集成波导(SIW)结构具有体积小、插入损耗低、功率容量大且易于集成等优点,在各类微波毫米波器件中已经被广泛地运用。本文通过分析SIW天然的差分特性,研究设计出了结构紧凑、高共模抑制的新型CSIW差分传输线
学位
“碳排放”市场的逐步建立背景下,针对大量分布式新能源接入配电网造成的系统消纳能力与增长速度不匹配问题,提出一种考虑不同主体碳减排收益分摊的储能集群配置方法。首先,基于电网各节点电气距离及其源荷特性将所有节点划分成若干个集群区域。其次,针对新型电力系统特点改进了节点碳流率计算方法,进一步提出了集群储能对配电网碳排放流的影响模型,可以基于用能角度准确核算出储能对各个用户的碳减排分摊量,计算出相应的碳减
期刊
频率选择表面(Frequency Selective Surfaces简称FSS)是由位于介质基板上的金属周期单元所构成的一种二维周期阵列结构。其具有带通、带阻、高通、低通四种类型的电磁滤波特性,因此被用作空间滤波器,也可被视为一种人工电磁材料。其相关等效电磁参数由每个单元的谐振特性所决定,不再取决于每个组成部分材质的本征特性,因此对其进行人工的有目的的调控成为可能。这种特点使之成为微波领域的热点
学位
编码超表面利用单元幅度及相位特性,将编码状态对应的单元根据编码序列进行对应排布,可实现多种多样的功能。编码超表面既为减小雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)提供了新的思路,又为任意调控电磁波的极化状态提供了新的自由度。本文聚焦于编码超表面在RCS缩减与极化调控中的应用,主要研究内容如下:1.设计了三款能够在超宽带范围内实现RCS缩减性能的超表面。利用随机表面、相位梯度编
学位
与传统的频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)的单一状态不同,主动可控频率选择表面(Active Frequency Selective Surface,AFSS)在不同调谐状态下的角度、极化的稳定性一直是研究难点。本文针对AFSS的稳定性问题,提出衡量AFSS稳定性的表征参量,使用等效电路法(Equivalent Circuit Method,ECM)研究
学位
随着无线通信系统在军事、民用领域的广泛应用,天线作为系统中必不可少的部分发挥了至关重要的作用。液体天线作为一种新型天线,充分利用了液体的流动性、透明性等特性,具有可重构性强,雷达散射截面小等优点,在未来无线通信领域具有潜在的应用价值。基于液体天线的独特优势,本文主要从以下几个方面开展研究:1)提出了一种通用的液体介电参数测量方法并搭建了配套系统,该方法既具有较高的测量效率又保持了全波法的准确性,具
学位