【摘 要】
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微波无线传能(Microwave Wireless Power Transmission,MWPT),是指以电磁场作为中继能量载体,实现能量远距离的无线传输的概念。MWPT技术经过几十年的迅猛发展,在太阳能空间发电站、无人机长时间续航、传感器节点供能、物联网设备无线供电、以及空间航天器间输能等领域有着重大的军用和民用价值。微波无线传能系统主要由三部分构成,其中包括两个子系统,分别为微波发射与微波接
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微波无线传能(Microwave Wireless Power Transmission,MWPT),是指以电磁场作为中继能量载体,实现能量远距离的无线传输的概念。MWPT技术经过几十年的迅猛发展,在太阳能空间发电站、无人机长时间续航、传感器节点供能、物联网设备无线供电、以及空间航天器间输能等领域有着重大的军用和民用价值。微波无线传能系统主要由三部分构成,其中包括两个子系统,分别为微波发射与微波接收,及与之相关的空间传输部分。其中微波接收子系统中整流天线的作用是完成能量的接收和转换,其性能对保证MWPT系统的整体能量转换效率至关重要。本文内容聚焦于微波无线传能系统的接收子系统,重点研究高效率整流电路、圆极化共形整流天线、宽带整流天线等关键技术,将微型飞行器(Micro-unmanned Aerial Vehicle,MAV)作为接收系统载具,最终完成超宽频域全向圆极化三维立体MAV传能系统设计。首先本文针对2.45GHz整流天线尺寸大,不易集成设计的问题,创新性提出共形圆极化偶极子整流天线,馈线采用弯折共面带线设计减小了整流电路的尺寸,利用毛细铜管制作偶极子天线臂实现了共形圆极化天线的设计。测试表明,输入功率在14d Bm时,整流天线整体效率大于70%。同时针对整流天线频率范围窄,可以收集的环境能量频带窄的问题,本文采用分枝节匹配原理,采用频率选择二极管拓扑结构扩展了电路工作带宽,设计了一个紧凑型宽带整流电路,在输入功率13d Bm、频率4.9-7.9GHz时始终有大于60%的整流效率,并和宽带圆极化天线集成设计,该天线测试增益为2.2d Bi,设计中采用HFSS-ADS协同仿真技术,增加了整流天线设计的准确性。最后,在前期研究基础上,将前期设计的S波段偶极子共形整流天线和C波段宽带整流天线集成在MAV上,搭建了一套宽频域全向圆极化三维立体MAV传能系统,并完成该系统的演示,这套接收系统在无人机应用领域具有巨大创新,为后续开展无人机超长续航研究奠定了技术基础。
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