【摘 要】
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随着物联网产业的兴起,智能工厂、智慧家居及无人车间等室内环境中涌现了大量智能传感器设备。然而,如何保证室内大量电子设备的长时、稳健的供能,是实现万物互联的关键。传统线缆方式不仅极大限制了供能灵活性及便捷性,而且错综复杂的布线还存在潜在安全隐患。为此,凭借时间反演(Time Reversal,TR)技术独特空时聚焦特性,发展出了新型点聚焦式时间反演无线输能(Time Reversal Wireles
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随着物联网产业的兴起,智能工厂、智慧家居及无人车间等室内环境中涌现了大量智能传感器设备。然而,如何保证室内大量电子设备的长时、稳健的供能,是实现万物互联的关键。传统线缆方式不仅极大限制了供能灵活性及便捷性,而且错综复杂的布线还存在潜在安全隐患。为此,凭借时间反演(Time Reversal,TR)技术独特空时聚焦特性,发展出了新型点聚焦式时间反演无线输能(Time Reversal Wireless Power Transfer,TR-WPT)方法,有望解决室内大量传感器等受能用户设备的供能问题。然而,针对多受能用户进行选择性输能时,现有TR-WPT输能方法无法实现高能效、低旁瓣的持续稳定性能量传输。除此之外,邻近用户耦合效应引起的旁瓣串扰限制了受能用户之间距离,使得输能空间中受能用户容量无法进一步增加。所以,对于上述两个未解决的难题,本文提出了两种不同的解决方案,为推进室内环境中大量受能用户设备的无线供能奠定坚实基础。首先,基于WPT的工作原理,构建出多频单链路能量传输数学模型,研究了复杂多径频选信道下传输效率与频率之间的关系,并理论分析了TR信号回传聚焦内在机理。其次,提出基于TR的多频多聚焦点WPT方法。基于构建的TR多频多聚焦点WPT数学分析模型,理论研究了多频选择方法。同时,研究了兼顾旁瓣、效率及功率分配的TRM激励信号优化方法,并给出具体TR多频多聚焦点WPT实施方案。接着,以丰富多径的腔体模型模拟室内传输空间,利用电磁仿真与数值分析,研究了TR多频多聚焦点WPT方法对输能性能的影响。通过与单频TR-WPT作对比,证实TR多频多聚焦点WPT在解决多受能用户高能效、低旁瓣选择性输能方面的优势。最后,针对邻近用户耦合引起的受能用户数量受限问题,提出基于TR的频分多聚焦点WPT方法,从理论分析与仿真计算两方面,证实其在解决受能用户容量方面的可行性。
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