磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)中收發(fā)鏈路的研究與分析.pdf

1、無(wú)線能量傳輸研究在近年來(lái)發(fā)展迅猛，也是未來(lái)科學(xué)研究的一個(gè)重要的方向。本文以無(wú)線能量傳輸為核心，詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)了基于磁諧振耦合的完整的無(wú)線能量傳輸收發(fā)鏈路，其主要內(nèi)容涵蓋收發(fā)線圈的設(shè)計(jì)與分析、射頻功率源的設(shè)計(jì)與分析、負(fù)載端整流與穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)與分析。
　　本文首先基于耦合模理論推導(dǎo)了磁諧振耦合時(shí)收發(fā)線圈應(yīng)滿足的電路理論參數(shù)，分析論證了四線圈模型用于本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。并利用HFSS仿真軟件設(shè)計(jì)了基于四線圈結(jié)構(gòu)的收發(fā)線圈組，其中發(fā)射線圈采用

2、了陣列單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　在頻率源部分，本文分析對(duì)比了各類功率放大器的適用范圍及其特點(diǎn)，著重分析了E類功率放大器的工作原理，并計(jì)算分析并推導(dǎo)了最佳電路參數(shù)。根據(jù)最佳理論參數(shù)，利用ADS軟件設(shè)計(jì)了E類功率放大器，工作頻率在13.56MHz，理論功率輸出20W，效率為83.5％左右。同時(shí)，設(shè)計(jì)了13.56MHz的頻率源，頻率源由有源晶振以及緩沖放大器構(gòu)成。
　　在接收端部分，本文經(jīng)過(guò)各類整流及穩(wěn)壓電路的對(duì)比論證，采用了橋式整流

3、電路以及Buck型穩(wěn)壓電路，設(shè)計(jì)了可供手機(jī)充電的整流及穩(wěn)壓模塊。
　　本論文進(jìn)行了PCB板的設(shè)計(jì)與制作，并進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試之中，測(cè)試了最佳距離上收發(fā)線圈的 S參數(shù)曲線，并結(jié)合手機(jī)充電的場(chǎng)景將射頻功率源輸出功率調(diào)整為了10W。在實(shí)驗(yàn)分析中，分別研究了傳輸距離、收發(fā)平面各個(gè)區(qū)域、傳輸路徑上障礙物以及負(fù)載變化對(duì)磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸收發(fā)鏈路的影響。
　　本文最后對(duì)未來(lái)工作提出了展望，指出了下一步工作為自適應(yīng)功率調(diào)節(jié)