2.45GHz无线输电闭环系统的研制

摘要

无线输电技术这一概念自电力启动以来就已存在。它可以将能量在两点之间自由传递，而不需要与电源进行物理连接。一个真正的无线设备，能够远程供电，不仅允许明显的行动自由，而且通过去除必要的大容量电池来使设备更加紧凑。无线输电的持续性以及可以应用于特殊性场合的独特性，使之已经成为科学界内一个深入研究的课题，它已经在各种领域找到了广泛的应用，如无线充电电动车，无线供应到消化道内窥镜系统，普遍充电电子传感器，供电植入医疗器械等。 本文是对2.45GHz无线输电闭环系统进行了设计以及测试，首先是对系统的整体结构进行了设计并详细分析了系统指标。本系统是由微波发射端、接收端、反馈控制以及信息传递和处理四个部分组成，而本文是对接收端、反馈控制以及信息传递和处理三个模块进行了设计。在确定功率放大器输出功率以及发射天线选择喇叭天线后，根据系统实际需求利用HFSS软件多次调整天线参数并对天线模型仿真，得到了一款较为满意的2.45GHz微带接收阵列天线，在接收天线输出端进行微波整流，其中微波整流电路（由输入滤波器、系统匹配、微波二极管和输出滤波器组成）是使用ADS仿真软件设计出来的。 然后利用MSP430单片机控制移相器状态来改变输出微波的相位，并通过AD采样获得每个相位对应的功率值，从而确定某相位是接收端的最大功率接收相位后调整系统状态到最大传输效率，进而实现了无线输电系统的闭环控制。再利用无线传输模块将采样的数据发送到上位机并保存到数据库中，方便了后期对数据的分析。最后对比了系统开环状态和闭环状态系统接收端的传输效率，得出的结论是：系统闭环状态相对开环状态其接收端传输效率得到了提高。并分析了不同类型负载对系统传输效率产生影响的主要原因是由于阻抗匹配不理想。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 微波无线输电技术的研究现状与应用

1.2.1 微波无线输电技术的发展

1.2.2 微波无线输电技术的应用

1.3 本文主要任务及内容安排

第二章 微波无线输电闭环系统的分析与设计

2.1 微波无线输电闭环系统组成

2.2 微波无线输电闭环系统传输效率及控制

2.2.1 系统各部分的效率计算

2.2.2 控制器对系统传输效率的控制

2.2.3 系统指标

2.3 微波无线输电闭环系统的部件选择

2.3.1 发射天线的选择

2.3.2 微带接收天线的选择

2.3.3 微波整流电路的选择

2.3.4 软件模块的选择

2.4 本章小结

第三章 微波无线输电闭环系统硬件模块分析与设计

3.1 微带天线与微波整流基本理论

3.1.1 微带天线的辐射原理

3.1.2 微带天线馈电方式

3.1.3 微带天线极化基本理论

3.1.4 微波天线参数计算

3.1.5 微波整流基本理论

3.2 微带接收天线设计

3.2.1 设计方案

3.2.2 微带天线仿真设计

3.2.3 微带阵列天线仿真设计

3.3 整流电路与滤波器设计

3.3.1 二极管特性分析

3.3.2 输出滤波器和系统匹配设计

3.3.3 输入滤波器设计

3.4 本章小结

第四章 微波无线输电闭环系统软件模块分析与设计

4.1 控制器与模数转换模块的分析

4.2 系统无线通信模块分析与控制

4.2.1 无线通信模块的分析

4.2.2 无线通信模块的控制

4.3 移相器的分析与控制

4.3.1 移相器的分析

4.3.2 移相器的控制

4.4 系统软件的设计

4.4.1 软件系统需求分析

4.4.2 人机交互模块设计

4.4.3 MySQL数据库设计

4.5 本章小结

第五章 系统平台搭建及其实验分析

5.1 微波无线输电系统测试分析

5.1.1 测试内容与仪器

5.1.2 测试方法

5.2 功率放大器输出功率测试

5.3 收发天线传输效率测试

5.4 接收端传输效率测试

5.4.1 开环系统测试

5.4.2 闭环系统测试

5.5 系统不同特性负载测试与结果分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文研究总结

6.2 展望

致谢

参考文献