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基于时频域调制的微波加热天线研究

基于时频域调制的微波加热天线研究

作者：文章电子科技大学

学位级别：硕士

生命健康是人类永恒的话题,特别是近年来人类健康的头号杀手癌症发病率居高不下,癌症治疗成为人类生命医学里最活跃的研究热点之一。近年来,微波加热在医疗行业的应用逐渐增多,其中,微波消融（MWA）技术作为治疗肿瘤的重要手段快速发展... 详细信息

生命健康是人类永恒的话题,特别是近年来人类健康的头号杀手癌症发病率居高不下,癌症治疗成为人类生命医学里最活跃的研究热点之一。近年来,微波加热在医疗行业的应用逐渐增多,其中,微波消融（MWA）技术作为治疗肿瘤的重要手段快速发展,逐渐成为肿瘤切除的替代方案,其治疗机理是通过微波消融天线将微波能量导入到目标肿瘤组织,目标肿瘤组织吸收电磁能量后被加热致死,从而达到治疗的目的。目前国内外对于微波消融天线的研究主要是在圆形同轴线的基础上来进行,研究的重点也主要集中在单天线的性能提升和完善,在加热形状可重构方面很少有研究。本文在对国内外微波消融天线技术相关文献调研的基础上,针对球形消融形状、单侧消融形状、消融形状可重构的微波加热天线开展研究,主要研究和创新的内容如下:一、研究适用于球形肿瘤的微波加热天线技术。在基片集成同轴线（SICL）的基础上,设计了偏馈的双偶极子天线,利用天线本身的低输入阻抗来扼制基片集成同轴线外导体外表面上的反射电流,以此来消除拖尾现象,然后利用SICL和微带线将其匹配到50Ω。最后对该天线加工,对实物进行消融实验,实验结果与仿真保持一致。二、针对于某些背靠不能被消融的重要器官或者大血管,以及特殊形状的肿瘤,设计了一款单侧辐射的微波加热天线。在SICL的基础上,末端加载单极子天线,并从SICL的外导体延伸出反射板,以实现单侧辐射。且由于反射板的存在,消除了平衡不平衡效应,从而消除了拖尾现象。该天线的消融实验结果与仿真结果高度吻合。三、针对任意形状的肿瘤,基于时频调制技术来研究消融区域可重构的微波加热天线技术。在两个球形辐射形状的微波消融天线基础上,分别将其匹配到两个不同的频率点,然后分别通过频分网络后并联,以实现通过馈电的频率来选择对应的天线工作,而不影响另外一个天线。最后,将该天线加工并进行消融实验,当馈入不同时间频率调制的微波功率能量时,该天线的消融形状会相应的发生改变,与仿真结果高度吻合。

关键词：微波加热肿瘤治疗可重构天线时频调制

基于磁耦合谐振的多接收终端无线能量传输系统

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基于磁耦合谐振的多接收终端无线能量传输系统

作者：袁野电子科技大学

学位级别：硕士

自从无线能量传输的概念被提出并被各种实验证明有效可行以来,无线能量传输一直是电子行业从业者们致力研究的对象。研究者们经过多年的研究并通过各种不同的原理实现了能量的无线传递,我们不再需要又长又复杂的导线来实现能量的传递,... 详细信息

自从无线能量传输的概念被提出并被各种实验证明有效可行以来,无线能量传输一直是电子行业从业者们致力研究的对象。研究者们经过多年的研究并通过各种不同的原理实现了能量的无线传递,我们不再需要又长又复杂的导线来实现能量的传递,这不仅减少了日常生活中的导体触电的危险,还为各种复杂环境下需求的能量传输提供了简便可行的方案,例如水下插拔的供电系统。近年来,无线能量传输早已悄悄进入我们的生活,例如各种使用无线充电的电动牙刷,机器人等电子产品,各大手机品牌包括三星,苹果也都先后推出了基于Qi标准的无线充电器,日本等国已经将无限能量传输系统运用于电动汽车的充电中。无线是未来发展的趋势,在不远的未来我们的生活将再也看不到繁杂的导线,有的只会是无线的方便。在无线能量传输的大家族中,基于磁耦合谐振的无线能量传输系统由于其具有很高的效率和中等的传输距离,具有很大的应用前景,一直都是国内外研究的热点。本文针对基于磁耦合谐振的无线能量传输系统进行研究和设计,力图在传输效率传输距离和实用性方面进行突破,主要研究内容和创新内容如下:一、首先对基于磁耦合谐振式的收发天线进行参数提取和等效模型的理论分析,并通过ANSYS HFSS仿真软件进行建模仿真设计出工作于6.78 MHz和13.56MHz(ISM Band)的高效率的单收发线圈,分析各参量和不同馈电方式对其影响,创新性的提出一种基于电容匹配的自适应距离匹配,并设计加工完成实验。二、为使收发线圈在实际应用中不受外界金属等物质的影响,提出一种收发线圈的屏蔽设计,并通过ANSYS HFSS仿真软件进行建模仿真设计,最终加工验证试验设计的屏蔽效果。三、通过将多个谐振单元进行有序排列设计和控制谐振线圈不同圈数上的电流大小两种方法,均匀发射线圈在空间内的磁场分布,从而实现多接收终端技术。四、设计选取加工晶振,功率放大器,桥式整流,稳压等,与设计出的收发线圈配合形成完整的充电系统,最终实现能为手机充电,能为台灯、音响、风扇等小功率家电供电的无线能量传输系统。

关键词：磁耦合谐振自适应匹配屏蔽多接收终端

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用于飞行器的超轻薄整流天线设计

用于飞行器的超轻薄整流天线设计

作者：闫禹衡电子科技大学

学位级别：硕士

微波无线传能(Microwave Wireless Power Transmission,MWPT),是指以电磁场作为中继能量载体,实现能量远距离的无线传输的概念。MWPT技术经过几十年的迅猛发展,在太阳能空间发电站、无人机长时间续航、传感器节点供能、物联网设备无线... 详细信息

微波无线传能(Microwave Wireless Power Transmission,MWPT),是指以电磁场作为中继能量载体,实现能量远距离的无线传输的概念。MWPT技术经过几十年的迅猛发展,在太阳能空间发电站、无人机长时间续航、传感器节点供能、物联网设备无线供电、以及空间航天器间输能等领域有着重大的军用和民用价值。微波无线传能系统主要由三部分构成,其中包括两个子系统,分别为微波发射与微波接收,及与之相关的空间传输部分。其中微波接收子系统中整流天线的作用是完成能量的接收和转换,其性能对保证MWPT系统的整体能量转换效率至关重要。本文内容聚焦于微波无线传能系统的接收子系统,重点研究高效率整流电路、圆极化共形整流天线、宽带整流天线等关键技术,将微型飞行器(Micro-unmanned Aerial Vehicle,MAV)作为接收系统载具,最终完成超宽频域全向圆极化三维立体MAV传能系统设计。首先本文针对2.45GHz整流天线尺寸大,不易集成设计的问题,创新性提出共形圆极化偶极子整流天线,馈线采用弯折共面带线设计减小了整流电路的尺寸,利用毛细铜管制作偶极子天线臂实现了共形圆极化天线的设计。测试表明,输入功率在14d Bm时,整流天线整体效率大于70%。同时针对整流天线频率范围窄,可以收集的环境能量频带窄的问题,本文采用分枝节匹配原理,采用频率选择二极管拓扑结构扩展了电路工作带宽,设计了一个紧凑型宽带整流电路,在输入功率13d Bm、频率4.9-7.9GHz时始终有大于60%的整流效率,并和宽带圆极化天线集成设计,该天线测试增益为2.2d Bi,设计中采用HFSS-ADS协同仿真技术,增加了整流天线设计的准确性。最后,在前期研究基础上,将前期设计的S波段偶极子共形整流天线和C波段宽带整流天线集成在MAV上,搭建了一套宽频域全向圆极化三维立体MAV传能系统,并完成该系统的演示,这套接收系统在无人机应用领域具有巨大创新,为后续开展无人机超长续航研究奠定了技术基础。

关键词：微波无线传能偶极子天线整流电路微型飞行器单极子天线

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基于高损耗传输线的微波加热技术研究

基于高损耗传输线的微波加热技术研究

作者：贾小翠电子科技大学

学位级别：硕士

微波加热技术及其应用一直以来都是国内应用研究最活跃的内容之一,目的是为了实现从微波能向热能的有效转化。微波加热技术及其应用很大程度上是基于腔体谐振原理和辐射原理,腔体谐振式应用主要是在金属腔体内,将微波能转化为热能,利用... 详细信息

微波加热技术及其应用一直以来都是国内应用研究最活跃的内容之一,目的是为了实现从微波能向热能的有效转化。微波加热技术及其应用很大程度上是基于腔体谐振原理和辐射原理,腔体谐振式应用主要是在金属腔体内,将微波能转化为热能,利用该种形式微波腔体产品化的微波炉及大型应用设备使用最为广泛。最近的课题研究方向基本上是在对腔体谐振理论应用基础上的性能提升与改善,鲜有创新突破性的研究。本文对国内外微波加热相关方面的文献进行了调研,针对微波加热方法进行了研究,主要研究和创新的内容如下:一、提出基于高损耗传输线的微波加热研究概念。首先分析了微波电路设计中各种常见类型传输线的结构与组成,其次选择适合应用于微波加热的悬置微带线并对其结构特点进行分析,再根据悬置微带线的结构提出了复合介质悬置微带线,并将该结构作为设计原型应用于微波加热设计中。二、为验证复合介质悬置微带线用于微波加热中的可行性,仿真并设计了开路、短路两种传输线结构,且针对每种结构进行了实物加工与实验,给出了每种结构的加热效果图,验证了复合传输线用于微波加热的可行性。在验证可行性的基础上,为扩大加热区域,设计了开路弯折复合介质传输线模型,并对开路弯折结构模型进行了加工与实验,对实验结果进行分析,在保证S参数吻合的基础上,扩大了加热区域,和所设计的模型预期结果一致。三、根据指标需求,应用高损耗传输线理论设计出弯折传输线模型。在保证馈电端口到模型的S参数与保证效率的基础上,扩大了加热区域,对设计的模型进行实物加工。并对系统所需的金属屏蔽腔尺寸对加热效率的影响进行了研究,分析了腔体尺寸对系统S参数以及介质的能量利用率的影响,最终给出了设计模型以及加工实物图。四、金属屏蔽腔,传输线加热结构结合系统所需的功放源,共同组成用于微波加热的加热系统。对该系统进行了实验验证,从功放源到加热系统,其效率高达84.15%,验证了所提出的高损耗传输线应用于微波加热的可行性。最后对介质形状对加热效果产生的影响进行了分析。

关键词：微波能应用高损耗复合介质传输线热耦合仿真系统设计效率