论文部分内容阅读
传统导线输电方式在许多应用场合存在安全性、可靠性和灵活性等问题,而新型无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术能解决许多传统导线输电方式存在的不足。随着社会经济和科学技术的发展与进步,WPT技术在交通运输、消费电子和医疗器械等领域的应用越来越广泛,其具有的实际意义和潜在经济价值不言而喻。磁耦合谐振式WPT技术具有中等距离、高效非辐射能量传输等特点,成为目前发展最快、研究最为广泛的WPT技术之一。 本文首先总结了当前主流WPT技术的原理与特点,并对相关技术特征与应用特点进行了对比分析,确定了磁耦合谐振式WPT技术为本文研究的对象和重点;然后细致地阐述分析了磁耦合谐振式WPT技术国内外研究与应用现状,并探讨了该技术待研究的关键问题及研究发展方向,明确本文开展课题研究的思路,即准备理论基础、分析传输机理、建立系统模型、仿真验证分析结果、为实验研究做准备、开展实验研究。 本文概述了磁耦合谐振式WPT技术所涉及的如时变电磁场理论、耦合模理论和高频功率放大器设计等相关理论;基于时变电磁场理论,分析了发射/接收天线之间的电磁能量传输机理;基于耦合模理论,建立发射/接收端谐振线圈能量交换的耦合模模型,并进行系统分析;基于发射/接收天线的等效电路模型,分别建立磁耦合谐振式WPT系统负载输出功率PL与线圈互感M和谐振频率ω0、传输效率η与线圈互感M和谐振频率ω0的函数关系式。 基于理论分析与研究的结果,设计了三种不同的发射/接收天线线圈结构,并对二种不同类型的天线结构进行电磁场仿真分析,以初步验证上述理论分析的结论;分别对圆柱型螺旋线圈、平面螺旋线圈以及发射/接收端谐振线圈的等效电感和品质因数进行测试,测试的目的一方面是为了验证平面螺旋线圈的特性,另一方面是为了对制作完成的发射/接收天线进行测试,为开展实验研究奠定基础。 此外,本文还开展了高频功率放大器的设计与仿真工作,首先根据高频功率放大器设计理论和ADS2011软件针对功率放大器的设计步骤,提出高频功率放大器的总体设计思路和设计流程;然后按照总体设计流程进行高频功率放大器的仿真设计;最后根据仿真结果,进行高频功率放大器制作尝试。