射频能量分布测量装置及方法研究

摘要

基于射频能量技术的无线可充电传感器网络，其工作性能受限于射频能量供给。现有研究工作基于全向充电源而不是实际中使用的有向充电源，并且没有考虑室内多径效应对射频能量分布的影响。针对现有研究工作的缺陷，本文完成了以下几项主要工作:
　　(1)设计便携式的射频能量分布测量装置。该装置适配广泛使用的智能手机，具有低成本、易使用、易携带的特点，由硬件与软件两部分组成。本文对所设计的装置，进行了一系列的性能测试实验，得到性能参数;并基于实验结果，针对部分参数进行优化设计;最后基于此装置，设计了一种分布式射频能量测量系统。
　　(2)研究基于有向充电源的室内七径射频能量分布拟合模型。现有室内七径模型需要先后完成有向源天线方向图拟合及与测量设备、环境相关的参数拟合。对此本文首先基于实验数据，对有向充电源天线方向图理论模型进行拟合修正，得到有向充电拟合模型，并将其应用于室内七径模型中;然后设计了室内射频能量的测量方法，并使用本文设计的测量装置进行数据采集，完成室内七径模型的拟合，最后给出模型评估结果。
　　(3)研究基于有向充电源的无线可充电传感器网络优化问题。在网络充电源数目受限的情况下，基于拟合的室内七径模型，本文通过对充电源的旋转角度进行优化设计，保证网络中所有传感器节点正常工作。本文完成问题建模，并根据问题的特征完成问题转化，然后给出贪婪与随机取整两种近似求解方法，最后通过仿真结果验证算法的性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 射频能量技术在可充电传感器网络中的应用

1．1．1 可充电传感器网络概述

1．1．2 无线电能传输技术概述

1．1．3 射频能量技术概述

1．1．4 射频能量技术在无线可充电传感器网络中的相关研究

1．2 射频能量分布测量研究挑战

1．2．1 射频能量分布测量装置

1．2．2 射频能量分布模型

1．2．3 基于有向充电源的无线可充电传感器网络研究

1．3 本文主要工作

第二章 便携式射频能量分布测量装置设计

2．1 射频能量分布测量装置设计方案

2．1．1 设计指标

2．1．2 设计挑战及方案

2．2 射频能量分布测量装置硬件及固件设计

2．2．1 硬件及固件框架

2．2．2 主控与耳机音频口通信模块

2．2．3 耳机音频口能量收集模块

2．2．4 电磁波强度转化模块

2．2．5 硬件PCB板设计

2．3 射频能量分布测量装置软件设计

2．3．1 手机端应用程序

2．3．2 服务器程序

2．4 射频能量分布测量装置的性能测试实验

2．4．1 装置制造成本

2．4．2 装置尺寸及重量

2．4．3 装置功耗测量实验

2．4．4 装置最大音频通信波特率测量实验

2．4．5 装置最大采样频率测量实验

2．4．6 装置灵敏度及精度测量实验

2．5 测量装置硬件优化

2．5．1 尺寸优化

2．5．2 PCB板布局优化

2．6 分布式射频能量测量系统

2．7 本章小结

第三章 基于有向充电源的室内七径射频能量分布拟合模型

3．1 引言

3．1．1 问题背景

3．1．2 研究思路

3．1．3 误差分析

3．2 有向充电拟合模型

3．2．1 理论模型

3．2．2 基于实验数据的拟合模型

3．3 室内七径射频能量分布强度拟合模型

3．3．1 介质反射的作用

3．3．2 室内七径的作用

3．3．3 模型拟合与评估

3．4 本章小结

第四章 基于有向充电源的无线可充电传感器网络优化问题

4．1 引言

4．2 问题建模

4．2．1 前提假设

4．2．2 问题抽象

4．2．3 问题简化

4．2．4 问题标准形式

4．3 问题求解

4．3．1 构造新目标函数

4．3．2 算法设计

4．3．3 仿真验证

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录