X波段大功率固态微波整流技术的研究

摘要

化石燃料的使用导致了当今人们生活环境的恶化，并且化石燃料是一种非可再生资源，正面临着枯竭的危机。电能作为一种清洁安全能源已经得到了广泛的使用，无论是日常的家用电器还是新型的电力轿车，亦或是如今流行的无人机。然而在如今的生活和生产中，电能一般是通过导线进行传输或者是存贮在电池内对设备进行供电，从而限制了移动设备对电能的使用，因此能量的无线传输得到了越来越广泛的关注。无线能量传输有三种主要的实现方式：微波辐射、感应耦合和强磁耦合谐振。三种方式的原理不同，其工作频率、功率容量、传输距离和效率也不尽相同。感应耦合与强磁耦合谐振主要应用于中短距离的能量传输，功率也较小。而微波辐射的输能方式由于可实现高聚焦特性，主要应用于超长距离的大功率输能系统，其应用前景十分广阔。
　　基于微波辐射输能，本课题主要研究X波段大功率固态微波整流技术，结合功率分配与合成理论最终设计一台结构紧凑、工作在X波段的宽带、高效的大功率微波固态整流样机。在X波段的整流效率基本在40％以上，最高能达到85%；输出直流功率在3W到5W范围内。本论文主要工作包括以下内容：
　　（1）基于空间功率分配合成网络理论，结合径向波导具有均匀场分布的特点，研究并提出了一种新颖的径向波导鳍线阵功率分配网络，具有结构紧凑、大功率、损耗小以及多路数的优点；
　　（2）分析了径向波导与圆波导的工作模式，通过讨论其各个工作模式下场分布的特点，设计了一种圆波导TM01-径向波导TEM模式的过渡结构；
　　（3）设计了一种同轴线-圆波导TM01模式的转换器，以方便对系统进行测试。该方案以阶梯阻抗变换和场变换理论为基础，提出了一种正反阶梯状探针结构，该探针可以有效的将同轴线的TEM模式转换为圆波导的TM01模式；
　　（4）设计了一款二次谐波抑制滤波器。此滤波器以鳍线为载体，以连续阻抗变换为理论基础，利用波纹加载的方法对鳍线过渡段进行设计，使其在基波频段能够无耗传输，同时抑制二次谐波；
　　（5）以鳍线为基本传输线设计了一款紧凑、高效的整流电路；该电路直接内嵌在鳍线末端的槽内，省去了额外的转换电路，提高了系统的整体效率，减小了系统的复杂度。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究工作的背景与意义

1.2 微波输能技术国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 基本微波整流电路及原理

2.1 半波整流电路

2.2 全波整流电路

2.3 并联式整流电路

2.4 整流二极管

2.5 本章小结

第三章 径向波导-鳍线阵功率分配网络的研究

3.1 功率分配网络的分类

3.2 基于波导的空间功率分配合成网络

3.3径向波导鳍线阵功分网络

3.4同轴TEM到圆波导TM01模式转换器

3.5 本章小结

第四章 基于鳍线的微波整流电路设计

4.1基于鳍线的谐波抑制带通滤波器设计

4.2 隔离鳍线的设计

4.3基于鳍线的整流电路设计

4.4 本章小结

第五章 大功率微波固态整流系统的整体仿真加工与测试

5.1 联合仿真平台的建立

5.2 实物的加工

5.3 样机的测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果