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用于无线能量传输的方向回溯天线研究

杨永穆  
【摘要】:近年来随着移动互联网、物联网、小型无人飞行器等技术不断发展,移动设备对无线充电的需求不断扩大。微波无线能量传输作用范围大,是解决电子设备远距离供电的一种很有潜力的技术。然而电磁波在空间传播会衰减,无线能量传输效率较低,需要较高的天线增益以及精确的波束控制技术来弥补这些不足。目前国内外对于无线能量传输的研究主要集中在点对点传输,对于移动目标输能的研究较少。方向回溯天线具有在不知道来波方向的情况下,自动转发一束电磁波对准来波方向的特性。这种自适应跟踪可以使用纯模拟电路实现,不需要繁琐的数字处理技术,也不需要复杂的移相网络。其具有低成本,高反应速度,高增益,自适应跟踪的特性。在无线能量传输中有较大的应用潜力,是理想的能量发射端。目前,对于方向回溯天线的研究主要集中在通信、射频识别等小功率应用方面。对于用于无线能量传输的方向回溯阵列还鲜有研究。这是由于无线能量传输系统发射功率较大,对回溯阵列收发通道的隔离度有严格的要求,而普通的回溯阵列设计很少考虑到这一方面。本文在调研国内外相关文献的基础上,针对无线能量传输应用,对方向回溯天线开展了研究。主要工作和创新如下:一、分析了相位共轭原理,并解释各种方向回溯天线的实现方法及关键技术。从理论上研究了影响方向回溯阵列波束指向的各种因素,包括:天线单元方向图、天线单元数目、天线单元间距、通道幅相误差、阵列互耦等。二、从实际运用和理论分析出发,阐述了用于无线能量传输的方向回溯阵列需要收发通道具有高隔离度,在此基础上研究了回溯阵列整体结构。提出了一种用于该阵列的高隔离度低变频损耗的相位共轭混频器。三、从降低成本的角度出发研究了一种具有高端口隔离度、低交叉极化的微带天线,并用其组成了天线阵列,阵列具有低互耦的特性。四、将电路模块、天线阵列集成了一个工作于2.45GHz的方向回溯阵列,并对方向回溯阵列的自适应跟踪输能功能开展了实验研究。


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