無線能量收集系統(tǒng)及其測試平臺.pdf

1、隨著無線傳感網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，其節(jié)點供電方法的研究受到了廣泛關(guān)注。通過收集諸如風(fēng)能、太陽能、動能、熱能等環(huán)境中的能量，無線節(jié)點得以供電。在諸多形式的能量收集技術(shù)中，無線能量收集技術(shù)通過收集通信基站或廣播電視塔所發(fā)出的電磁信號進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，具有供電穩(wěn)定單、環(huán)境友好等特點，在低功耗無線傳感節(jié)點供電、植入式醫(yī)療設(shè)備充電等方面表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。本文針對電視信號的無線能量收集技術(shù)進(jìn)行研究，通過理論分析與實驗驗證，找出提升收集效率的方法，并最終

2、實現(xiàn)了高效能的無線能量收集系統(tǒng)。
　　本文的主要設(shè)計包括：從無線信號源輻射分布情況出發(fā)，設(shè)計了來波檢測系統(tǒng)；針對電視信號設(shè)計了無線能量收集系統(tǒng)，包括開發(fā)了新型高增益無線能量收集陣列天線，探索了多種RF-DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與實現(xiàn)；為了研究效能評價方法，搭建了模擬電視信號的室內(nèi)測試平臺，提出了無線能量收集系統(tǒng)能效評價指標(biāo)；最后，在上述單元設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、測量平臺設(shè)計的基礎(chǔ)上，又完成了三款高增益無線能量收集天線、多種能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方式的能

3、效比較，總結(jié)出了一般規(guī)律，為提高無線能量收集效能、開發(fā)適合無線節(jié)點的供電系統(tǒng)提供了理論和實驗指導(dǎo)。
　　本文首先介紹了無線能量收集技術(shù)的發(fā)展，針對收集天線和轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行現(xiàn)狀分析，總結(jié)提升效能的方法。接著，設(shè)計了用于檢測信號源最大輻射方向的來波檢測系統(tǒng)。給出了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，包括雙軸旋轉(zhuǎn)平臺、msp430單片機和C＃上位機控制界面。借助該系統(tǒng)可以找到信號源的最大來波方向，確保無線能量收集的準(zhǔn)確性。然后，搭建了針對電視信號的無線能

4、量收集系統(tǒng)，詳細(xì)分析了包括新型高增益無線能量收集陣列天線和各種轉(zhuǎn)換電路在內(nèi)的設(shè)計過程，并給出利用CST、HFSS、ADS等仿真軟件得到的優(yōu)化結(jié)果、制作了實物并得到了實測數(shù)據(jù)。接著，介紹了收集系統(tǒng)的效能評估方法，根據(jù)無線能量收集系統(tǒng)框架，提出評估整個系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換電路的收集效率、轉(zhuǎn)化效率、電路效率三個評價指標(biāo)。搭建了用于模擬電視塔的室內(nèi)測試平臺，對不同收集天線、射頻合路和直流合路兩種連接方式進(jìn)行不同輸入功率條件下的測試，最后給出所測系統(tǒng)的評價

5、情況。實驗表明天線增益的提升、直流合路和射頻合路兩種方式都可以有效提升收集效率最后，在上述分析、設(shè)計基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計了一套高效能無線能量收集系統(tǒng)。整個系統(tǒng)搭建在距離電視塔1.5k m處的樓頂，先使用來波檢測系統(tǒng)找到最大來波方向，然后對四款天線進(jìn)行實測對比，確定收集效率最高的高增益引向振子天線為該系統(tǒng)收集天線。接著進(jìn)行針對兩種合路方法的室外實測，驗證直流合路和射頻合路對收集效能的提升作用，并總結(jié)出兩種連接的適用條件。最后采用引向振子天線、