非辐射共振耦合无接触电能传输系统射频功率放大器开发

摘要

随着科学技术的进步和特殊场合应用需求的不断增长，无接触电能传输技术越来越受到人们的关注。非辐射共振耦合式无接触电能传输技术，也被称为WiTricity，自2007年一出现就备受瞩目，被认为是最有前途的无线传能技术。由于这项技术使用的电信号是频率为10MHz附近的高频信号，射频功率放大器作为无接触传能系统的功率输出源，是系统的重要组成部分。同时，功率放大器与电能传输线圈的匹配也会影响电能传输效率，因此，功率放大器的设计是项目研究的重要部分。
　　 本文首先介绍了射频理论基础，包括传输线理论、散射参数和阻抗匹配的概念。接着详细介绍了射频功率放大器的性能指标和放大器的分类及各类放大器的工作原理。根据无接触传能研究的需求，参照上述射频理论，制定了设计目标和设计方案。依照设计流程，利用ADS软件首先设计并仿真了功率放大器的各部分电路，然后对功率放大器的整体电路进行仿真。随后，设计了放大器的PCB版图。为获得更好的仿真结果，本文利用ADS的Momentum模块对放大器的PCB版图进行了电磁场仿真。根据电磁场仿真结果再进行联合仿真，这样可以得到更加符合实际的仿真结果。
　　 在上述工作的基础上，根据功率放大器的装配原则实施了放大器的装配工作。放大器装配完成后，最后对功率放大器进行了实际测量和调试。测试结果表明，设计的功率放大器基本满足设计目标，在2-20MHz的频带内，功放的输出功率大于50W，效率高于40％，增益不低于23dB，增益平坦度达到±1dB的标准，满足无接触电能传输研究对射频功率放大器的性能要求。