大动态无线能量收集技术研究

• 作 者: 徐冉
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 能量收集 大动态范围整流 圆极化天线 整流天线应用

随着无线传感器和物联网的普及应用,空间电磁能量收集技术作为一种便捷、智能的新型供电方式受到了越来越多的关注。电磁能量收集概念最早是为了提升空间太阳能的利用率提出,通过卫星收集空间太阳能并通过电磁信号远距离无线传输回地球。当然该技术后续还被应用到传感器无线供电和无人机能量驱动等领域。微波能量收集技术可以解决有线能量传输的诸多缺点,实现更智能、更便捷的能量可持续传输,可突破性的解决很多实际问题。其中接收天线和整流电路是微波能量收集系统中最关键的研究部分。本文在对国内外微波能量收集相关文献研究调研的基础上,针对可在大动态范围情况下实现高效率能量收集的整流电路和接收天线进行了研究,保证整体尺寸小型化的同时,可在大动态范围内都具有良好的能量收集效率,主要研究和创新的内容如下:一、研究基于二极管的整流原理和其整流效率随输入功率的变化关系。基于X波段,本文选取多种二极管采用并联整流和串联整流两种电路结构进行仿真并开展实验研究,根据实验结果验证相关理论,并选取合适的二极管型号和整流电路结构。二、为了实现大动态范围的整流,尤其是在输入功率较高的情况下保证整流管不被击毁且具有良好的整流效率。本文研究采用4个整流管进行串联、并联等多种创新性的组合方式用于整流电路的可行性,仿真设计并开展实验研究,根据相关仿真结果及实验结果,验证其大动态范围的整流效率。三、研究在整流电路前端加载定向耦合器的结构,实现大动态范围的整流。本文仿真设计并研制了X波段定向耦合器,根据实验结果验证整流电路加载定向耦合器结构后的整流效率。进一步为实现双频工作,理论分析并仿真了加载阻抗支节的定向耦合器。四、研究高灵敏度的圆极化天线,并采用多层板层压方式将整流电路和接收天线集成化,实现整流天线的小型化,该结构的整流天线可以在不占据太多空间的情况下与小型用电终端组装、集成,满足实际应用需求。