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无线体域网络中资源分配算法的研究

无线体域网络中资源分配算法的研究

作者：刘凯宁中国科学技术大学

学位级别：硕士

传统的由电池供电的无线体域网络,节点可能会由于长期的运行而耗尽电量,对于植入式节点或一些可穿戴设备而言,更换电池的代价是十分高昂的。无线能量传输技术为节点的能量受限问题提供了有效的解决方案,有利于节点的可持续运行。由于系... 详细信息

传统的由电池供电的无线体域网络,节点可能会由于长期的运行而耗尽电量,对于植入式节点或一些可穿戴设备而言,更换电池的代价是十分高昂的。无线能量传输技术为节点的能量受限问题提供了有效的解决方案,有利于节点的可持续运行。由于系统传输性能的优化和资源的分配(时间资源、功率资源和链路资源等)是密切相关的,因此,资源分配算法的研究具有重要的意义。因此,本文将主要研究无线体域网络中的资源分配算法。多层无线体域网络通常包括由可穿戴设备或植入设备到汇聚节点组成的体内无线体域网络以及由汇聚节点到基站或接入点组成的体外无线体域网络。汇聚节点可以看做是中继节点作为低功耗设备(源节点)与基站(目的节点)之间的衔接,协助信息的发送并为低功耗设备提供能量。多层单个无线体域网络和多个无线体域网络的相关工作中汇聚节点均是工作于半双工模式,存在资源利用率较低和时延较高的问题。为了合理的利用系统资源,提升数据传输性能,本文分别针对多层单个无线体域网络和多个无线体域网络,并结合全双工技术和无线能量传输技术,设计资源分配算法:(1)本文主要关注于多层单个无线体域网络场景的资源分配算法的设计:中继节点通过采用全双工工作模式,可以同时为源节点传输射频能量,接收源节点发送的信息以及发送信息至目的节点。在该场景中,本文提出了联合考虑链路调度和功率资源分配的资源分配算法,其中,链路调度策略决定了在每个时隙是哪个低功耗设备传输信息至中继节点以及中继节点在发送哪个源节点的信息至目的节点。功率资源分配则决定了每个时隙被调度节点的传输功率。(2)本文主要关注于多层多个无线体域网络场景的资源分配算法的设计:时间被划分为能量传输阶段和数据传输阶段。在能量传输阶段,汇聚节点向低功耗设备提供射频能量,在数据传输阶段,每个时隙同一个全双工中继节点的入链路和出链路可以同时调度来接收和发送信息,不同中继节点的链路也可以同时调度,提高了调度的灵活性和传输的数据量。并且,源节点可以采集每个时隙其他节点的数据传输产生的射频能量,即将干扰视作一种射频能量来源。该资源分配算法通过联合优化时间资源分配、功率资源分配、多条数据流的链路流量分配以及链路调度策略,最大化系统的加权吞吐量。

关键词：无线体域网络资源分配无线能量传输全双工

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高效微波整流天线技术研究

高效微波整流天线技术研究

作者：尚书哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

无线能量传输作为一种新的能量传输方式正逐渐走进人们的生活,与传统的有线能量传输方式相比,它不再需要导线来连接电子设备,而是通过无线的方式给电子设备供电,在远场无线能量传输系统中,微波整流天线是接收端最重要的系统,它将接收到... 详细信息

无线能量传输作为一种新的能量传输方式正逐渐走进人们的生活,与传统的有线能量传输方式相比,它不再需要导线来连接电子设备,而是通过无线的方式给电子设备供电,在远场无线能量传输系统中,微波整流天线是接收端最重要的系统,它将接收到的电磁波高效率地转换为直流能量,供给负载使用,完成能量交换的过程。本文归纳早些年和近些年整流天线的研究现状,对不同类型的整流天线技术进行了分析和总结。本论文的目的是设计一款工作在5.8GHz的高效率的微波整流天线,5.8GHz属于ISM频段,是无线局域网的高频段,选择在5.8GHz也是为了能够利用该频段下的电磁波信号,实现给电子设备无线充电的过程。本论文将整流天线的系统分为接收天线和整流电路两部分来研究。分析了接收天线的极化、增益、带宽、辐射效率等性能指标对于整个系统的影响,设计了两款不同性能指标的接收天线。在整流电路的研究中,本文详细讨论了二极管中各个参数对于电路整流效率的影响,给出了整流电路的设计流程,如何选择合适的整流二极管,说明了匹配电路以及直流通路滤波器在电路中的作用,设计了三款工作在不同输入功率水平下的整流电路,考虑到天线的阻抗并非恒定值,通过CST和ADS联合仿真,对电路进行了优化,最终得到了较高的转换效率的仿真结果:10d Bm的电路可达到70%的转换效率,18d Bm的电路可达到65%的转换效率,30d Bm的电路可达到62%的转换效率。在实测结果中,18d Bm的电路可以输出8V的直流电压,30d Bm的电路可以输出6.5V的直流电压。

关键词：无线能量传输整流天线接收天线整流电路高转换效率

基于磁耦合谐振无线供能的全植入式微型可调电刺激系统设计

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基于磁耦合谐振无线供能的全植入式微型可调电刺激系统设计

作者：杨丽蓉浙江大学

学位级别：硕士

近年来,植入式微型医疗设备因在临床应用中具有良好的功效和巨大的科学价值而受到广泛关注,如人工耳蜗、视网膜假体、神经信号记录,深脑电刺激等。其中植入式电刺激器在恢复视觉、听觉、运动、触觉和本体感觉等生物功能的医学治疗和研... 详细信息

近年来,植入式微型医疗设备因在临床应用中具有良好的功效和巨大的科学价值而受到广泛关注,如人工耳蜗、视网膜假体、神经信号记录,深脑电刺激等。其中植入式电刺激器在恢复视觉、听觉、运动、触觉和本体感觉等生物功能的医学治疗和研究中越来越受欢迎。现有的商用植入器件通常采用一次性电池供电,其不足在于体积较大引起的元件易失效、需换电池、患者难受且经济压力大。随着无线能量传输技术的发展,无线电刺激器也成为了当下植入式医疗设备的研究热点。目前大多数全植入式电刺激设备都是针对神经实施电刺激、再观测肌肉的响应,若能直接对肌肉实施无线电刺激则效果将更为理想,但因对肌肉刺激所需电信号的幅值要求较高,且控制较为复杂,现仍处于早期研究阶段,本论文针对这一研究趋势,提出了一种基于磁共振的植入式微型可调无线电刺激系统,实现了体内肌肉电刺激器的小型化和无源无线。该无线电刺激系统包括体外控制电路和植入刺激器两部分,体外控制电路主要由CC2541蓝牙低功耗单片机作为主控芯片,控制无线能量和可调电刺激信号的传输。能量耦合共振频率为160 kHz,发送线圈尺寸可随应用场景调整;植入刺激器整体尺寸3.5×3.5×20 mm,可实现频率、占空比可调的单极性10V稳定刺激电压信号输出。线圈耦合模型为同轴螺旋线圈嵌套形式,能实现最大能量传输,满足电刺激要求。针对本系统,我们开展了线圈耦合模型的无线传输效率验证、体外原型系统的功能及稳定性验证、以及大鼠体内植入式肌肉刺激的动物实验验证,结果显示本系统在优选最佳线圈耦合模型的前提下,可以实现小尺寸不匹配线圈模型下的最大能量传输;整个系统可以通过体外控制实现频率、占空比可变的稳定恒压单极性脉冲输出,符合功能性电刺激的刺激波形需求;大鼠体内植入的实验表明该电刺激系统可实现对大鼠后肢胫骨前肌的有效刺激,其肌电信号检测结果显示刺激后的大鼠静息肌电信号响应等同于大鼠运动状态下的峰值约为1 mV的肌电信号。除此,还简单测试了电刺激幅值和频率对大鼠后肢肌电信号的影响,发现随电刺激幅值增大,肌电信号增大;随电刺激频率提高,肌电信号减小的现象。

关键词：电刺激无线能量传输植入体肌电信号

基于电磁超表面的准无衍射波束产生技术及其应用研究

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基于电磁超表面的准无衍射波束产生技术及其应用研究

作者：刘永杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

现有的电磁波在空间中传播都会有衍射现象发生,只是不同条件下电磁波的衍射程度不同,衍射会导致电磁波在传播的过程中能量更加分散,能量密度减小,但是在理论上存在空间中传播不发生衍射的电磁波存在,也称为无衍射波束。理论上无衍射波... 详细信息

现有的电磁波在空间中传播都会有衍射现象发生,只是不同条件下电磁波的衍射程度不同,衍射会导致电磁波在传播的过程中能量更加分散,能量密度减小,但是在理论上存在空间中传播不发生衍射的电磁波存在,也称为无衍射波束。理论上无衍射波束的种类很多,包括贝塞尔波束（Bessel beam,BB）、X波束、马丢波束（Mathieu beam,MB）等。本文主要研究对象为贝塞尔波束,从波动方程求解出一类理论解由于包含有贝塞尔函数也因此被称为贝塞尔波束。自1987年Duinin提出并实验验证贝塞尔波束的存在后其成为光学及电磁学领域的一个研究热点。从贝塞尔波束电场表达式可以得到理想的贝塞尔波束携有无穷大的能量,因此要产生一个理想的贝塞尔波束亦需要有一个空间尺寸无穷大的源,这在实际中是无法满足的,因此实际上我们只能用有限尺寸的辐射源产生一个在一段距离范围内不发生衍射的贝塞尔波束,这种波束也称为准无衍射波束。根据贝塞尔波束解的形式,可以将其分为两类:第一类为零阶贝塞尔波束;第二类为高阶贝塞尔波束。这两类波束由于其空间场分布的不同导致其有不同的应用需求。根据其不同的应用需求我们进行了具体的研究,本文具体的研究内容包括以下几个方面:1.携带轨道角动量的无衍射涡旋波束高效产生技术研究。用电磁超表面产生高阶贝塞尔波束用以改善轨道角动量涡旋波束的扩散特性。携有轨道角动量的涡旋电磁波由于能提高频谱利用率,增大通信容量而成为以后通信可能使用的复用技术。但现有的涡旋电磁波由于在传播过程中衍射效果比较明显,会发生严重的扩散现象,因此本文利用高阶贝塞尔涡旋波无衍射的特点来克服一般涡旋波的扩散特性。结合电磁超表面能实现对电磁波精确调控的特点,本文提出了用反射型电磁超表面高效产生高阶贝塞尔波束的新方法。利用新设计的小型化超表面单元结构,仿真分析并加工测试了一个工作于10GHz的二阶贝塞尔波束,其工作效率高达57%,相比于以前的研究结果其效率有很大的提高。仿真及测试结果验证了该方法的正确性,能够实现产生在一段距离范围内不发生扩散的高阶贝塞尔涡旋波束。2.任意方向零阶无衍射波束的产生技术研究。零阶贝塞尔波束其电场强度在传输轴上保持最大且理论上在传输过程中保持不变。实际也只能用有限尺寸的源产生在有限距离范围内不发生衍射的贝塞尔波束。本文利用零阶贝塞尔波束其幅度在一段距离范围内保持不变的特性,结合电磁超表面能够实现对电磁波任意调控的特点,实现了高效率、传播方向精确可控的无衍射波束。用该方法产生的无衍射波束能够实现无线能量从源到任意方向上一段距离范围内的高效传输,可应用于无线能量传输领域,数值仿真验证了该方法的正确性。3.无衍射多波束产生技术研究。任意方向的无衍射波束只能实现源到负载的一对一无线能量传输,产生无衍射多波束可以实现源到多个负载的一对多无线能量传输。其原理是利用所产生的任意方向上无衍射波束,结合电磁波的叠加原理,我们可以设计出电磁超表面用于产生无衍射多波束。本文仿真并加工测试了一个工作于10GHz的反射型电磁超表面用于产生无衍射双波束,波束方向分别为（30,0）与（30,180）,仿真和测试结果表明电磁波能量能够高效、精确地朝设定方向辐射。该方法为一对多的无线能量传输提供了一种新的解决方案。4.无衍射空心波束的产生及无衍射局域空心波束产生技术研究。高阶贝塞尔波束作为空心波束的一种,本文利用所设计的任意方向零阶无衍射波束为基础,结合坐标变换技术,可以产生出任意方向辐射的高阶贝塞尔波束,这也是第一次关于任意方向上高阶贝塞尔波束的产生方法介绍。针对于无衍射波束在一段距离范围内的能量稳定性,能够实现在无衍射距离范围内的能量稳定传输,但局域空心光束可以实现对无衍射距离范围内的波束能量分布的控制,可以在所设定的区域实现能量密度很小甚至为零。该特性对于无线能量传输的应用有很大的实际意义。

关键词：无衍射波束轨道角动量贝塞尔无线能量传输局域空心波束电磁超表面

无线输能系统中的宽动态范围整流器的分析与设计

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无线输能系统中的宽动态范围整流器的分析与设计

作者：肖雨阳华南理工大学

学位级别：硕士

无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是指无需借助传统的导线而将能量从源传输至接收端的技术方法。微波输能(Microwave Power Transmission,MPT)是一种采用微波作为能量传输载体的无线能量传输。它具有传输距离范围广、应... 详细信息

无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是指无需借助传统的导线而将能量从源传输至接收端的技术方法。微波输能(Microwave Power Transmission,MPT)是一种采用微波作为能量传输载体的无线能量传输。它具有传输距离范围广、应用场景多,传输能量大等诸多优势,得到了广泛的研究与应用。整流电路是MPT系统中的重要组成部分,其功能是将系统接收端接收到的微波信号转换为直流能量为终端设备供能。由于整流电路中的整流二极管具有非线性特性,其工作功率、频率和负载发生变化时均会引起整流效率衰减。针对该问题,本文将主要研究如何扩展整流器的动态工作范围,具体来说,主要研究内容如下:(1)一种基于新型能量回收技术的宽功率范围整流器设计。该设计提出了一种基于分支线耦合器的能量回收网络,用以回收低输入功率下的反射能量,从而扩展整流电路的适用功率范围。电路中,分支线耦合器的两个输出端口分别与两个设计用于对较高输入功率进行整流的支整流电路(主整流枝节)相连,同时分支线耦合器的隔离端口与一个设计用于对较低输入功率进行整流的支整流电路(能量回收枝节)相连。利用分支线耦合器的特性,在低功率输入下,主整流枝节上的反射能量会被收集到能量回收枝节上进一步整流利用。因此,反射的能量可以被有效的回收利用,从而提升电路的总体整流效率,扩展电路的适用功率范围。文章中给出了详细的理论推导,并且与不带能量回收网络的整流电路进行性能比较。结果表明,本设计具有能量回收的功能,扩展了电路的适用功率范围。为了实际验证,设计了一个工作在2.45GHz的整流电路并做版测试。经测试,整流电路在输入功率为8.5到32.5 dBm的范围内保持整流效率50%以上,证明该设计在保持高效率的同时扩展了电路的适用功率范围。(2)一种基于嵌入型阻抗压缩复阻抗压缩网络的小型化宽功率范围整流电路。该电路为单路结构,由一个阻抗匹配网络、一个融合了嵌入型复阻抗压缩网络(Integrated Impedance Compression Network)的整流部分和一个直通滤波器组成。与之间已提出的双路阻抗压缩的研究不同,本文提出的IICN连接了两个并联的整流二极管组成了单路结构。应用所提出的IICN能够有效地压缩整流二极管随输入功率变化的阻抗,从而使得电路的阻抗匹配在不牺牲其他性能的情况下得以改善。IICN的另一个优势是相较于已有的一些研究来说,减小了电路的体积和设计的复杂度。文章中给出了IICN的理论分析和推导,并设计了一个工作在2.45GHz上的整流电路来验证该理论分析,仿真和测试结果高度吻合。(3)基于电压调制技术的宽功率范围整流电路的研究与设计。该研究首先讨论了整流二极管接地线对整流二极管上的加载电压的调制作用,发现通过电压调制可以控制整流电路的最大效率功率点以及输出直流电压。利用该特性,设计了一个电压调制组合网络。该网络由一对具有不同长度接地线的并联整流二极管组成,不但可以使得整流电路在不同的功率点上取得高效率,并且可以扩展电路整体的适用功率范围。文章中给出了相关的理论推导和分析,并设计了一个工作在2.45GHz的整流电路来验证该理论分析,仿真和测试结果验证了该理论的准确性。最后还对该技术与其他技术的兼容性设计的可行性做了分析(4)设计了一种超宽带小型化宽频率范围整流器。该设计结构简单,电路由两个倍压整流电路组合而成。文章中分析了倍压整流电路在一定频率范围内的阻抗变化,首次提出并分析了倍压整流电路的谐波抑制功能,并根据倍压整流电路的频率阻抗特性,设计了相应的小型化匹配电路,实现了电路在超宽带上的高效率整流。电路做版测试结果能够证明理论分析的正确性和有效性,在0.1到4GHz的范围内保持50以上的整流效率。

关键词：无线能量传输宽动态范围宽功率范围宽频率范围小型化

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含变频及信息同传特性的无线供电系统设计

含变频及信息同传特性的无线供电系统设计

作者：杨杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

无线能量传输技术是一种无直接电气接触的新型供电技术,相比于传统的有线供电方式,其去除了各种繁重杂乱的线缆,减弱了线路磨损和电火花等安全隐患,具有安全性高、自由度高、简便实用等优点,近年来越来越被人们所关注和应用,极大地方便... 详细信息

无线能量传输技术是一种无直接电气接触的新型供电技术,相比于传统的有线供电方式,其去除了各种繁重杂乱的线缆,减弱了线路磨损和电火花等安全隐患,具有安全性高、自由度高、简便实用等优点,近年来越来越被人们所关注和应用,极大地方便了人们的日常生活。无线能量传输技术主要可分为微波无线能量传输技术、电磁感应无线能量传输技术、电场耦合无线能量传输技术和磁谐振无线能量传输技术。其中磁谐振无线能量传输技术在传输效率、输出功率和传输距离方面的综合表现较为优秀,研究内容和研究方向较为广泛。磁谐振无线能量传输的传输效率和功率是一个关于线圈互感、内阻、谐振频率等因素的复杂函数,目前针对其基础特性研究较多,然而对于一个完整的无线能量传输系统而言,需要考虑到系统当中各个组成模块的结构和效率,对于完整性的系统设计和仿真分析而言,还尚有欠缺。本文从无线能量传输基础拓扑理论出发,研究磁谐振无线能量传输的系统设计。本文的主要工作内容和创新点描述如下:1.经过充分调研并学习国内外关于无线能量传输技术的研究热点和研究方法,基于无线能量传输的电路理论建立了等效电路模型,通过对该等效电路模型的研究分析得出其传输效率和输出功率具体公式,分析了等效电路中各种因素的影响,为后续系统设计提供了有效的理论指导。2.区别于一般无线能量传输系统只针对某一部分进行详细分析或者设计,本文建立了从220V/50Hz市电输入到最终负载输出的完整系统原理设计,且次级端具有变频特性,将原有50k Hz的谐振频率能量转化为特定25k Hz能量输出,以此针对包括感应加热和电机控制等在内的一些应用场景。利用ANSYS仿真线圈得到其相关参数并利用PSPICE软件建立了各个模块电路仿真以及系统级的完整仿真分析。3.通过对无线供电系统的电路仿真分析,分别对比了有无阻抗匹配情况下的系统电路效率和电路特性表现,结果显示本文阻抗匹配结构的设计有效地增加了系统效率,实测在42W的输入功率下,本文整体系统效率为56.79%。4.在原有无线能量传输系统的基础上,本文设计了基于无线能量与信息同传的反向信息传输链路,具体理论和仿真分析了基于电容调谐的反向信息传输机理,研究了阻抗匹配对于信息传输的影响,分析得出本文最大信息传输速率为1/2τbit/s。

关键词：无线能量传输系统变频磁谐振阻抗匹配反向信息传输

基于缓存辅助的下行NOMA信息年龄感知与安全传输技术研究

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基于缓存辅助的下行NOMA信息年龄感知与安全传输技术研究

作者：周实广州大学

学位级别：硕士

随着车联网、远程医疗、可穿戴健康监测等物联网应用越来越普及,数据传输的时效性越来越重要。在这些物联网应用中,新鲜的数据比旧数据往往具有更高的价值。信息年龄(Age of Information Ao I)从目的端的角度刻画了信息的新鲜度,能够全... 详细信息

随着车联网、远程医疗、可穿戴健康监测等物联网应用越来越普及,数据传输的时效性越来越重要。在这些物联网应用中,新鲜的数据比旧数据往往具有更高的价值。信息年龄(Age of Information Ao I)从目的端的角度刻画了信息的新鲜度,能够全面地涵盖从数据的产生,以及在传输过程中所经历的排队时延和传输时延,因此成为了现在很多通信场景中极为重要的时效性指标。此外,随着通信业务日益增多,数据业务的爆炸式增长,无处不在的通信连接也同时面临着各种安全风险,显然,研究具有信息年龄感知能力的物理层安全(Physical Layer Security PLS)传输技术具有重要的理论价值和应用前景。近年来缓存辅助中继通信成为无线通信领域中的一个重要研究领域,它通过在通信网络中引入中继节点以及数据缓存机制,显著提高了无线网络的传输效率和可靠性。另外一方面,越来越多的无线传感器设备也意味着接入需求激增,然而频谱资源却是有限的,非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术通过在功率域或者码域复用可以显著提升系统频谱效率,为物联网应用提供了一种高效的接入和传输技术方案。论文主要以缓存辅助中继的NOMA下行无线通信网络为例,着重研究具有信息年龄感知的缓存辅助中继NOMA下行传输技术方案,以最小化两个目的节点用户的信息年龄,以及在存在窃听者的条件下用户信息年龄的最小化问题,并设计了对应的传输方案。据我所知,之前研究信息年龄的工作都是采用的按需生成数据模型,本文考虑了数据随机到达的情况下最小化Ao I,这也是本文的创新点之一。论文的主要工作内容包括:首先,论文研究了缓存辅助无线供能NOMA中继通信网络中基于信息年龄感知的自适应中继传输技术方案。在该网络中,一个带缓存的源节点通过一个带缓存的中继节点向两个目的节点传输数据。同时,这两个目的节点的数据流是独立且随机生成的。带缓存的中继节点通过无线能量收集技术为源节点提供能量,并利用下行NOMA技术将从源节点接收到的两个数据流转发至两个目的节点。对于这个带缓存的无线供能NOMA网络,论文建模了长期加权平均信息年龄最小化问题。通过利用Lyapunov优化框架并将长期加权平均信息年龄最小化问题分解为多个子问题,论文得到了针对带缓存的无线供能NOMA网络的自适应信息年龄感知传输方案。论文的分析结果表明,通过自适应调整传输速率、传输功率,并优化合适的传输模式选择,可以优化两个目的节点的长期加权平均信息年龄性能。此外,数值分析结果显示,所提出的信息年龄感知自适应中继方案为带缓存的无线供能NOMA中继网络提供了一个高效的传输方案。其次,论文分析了存在窃听者的多用户NOMA网络中基于信息年龄感知的中继安全传输技术方案。针对存在窃听者的多用户NOMA网络,在保证用户接收信息安全的条件下,论文建模了长期加权平均信息年龄最小化问题,在保证各节点队列信息稳定的约束条件下最小化用户的端的信息年龄。论文的分析结果表明,Ao I自适应感知调度方案对于窃听者的存在有一定的容错率,并发现了窃听者存在在不同的数据到达率下对用户Ao I性能的影响关系,在轻载区影响较小,而在重载区会严重用户的Ao I性能。论文针对缓存辅助NOMA中继通信网络所开展的研究工作,全面地分析和比较了无线通信网络场景中的数据到达率、安全性、功率约束等性能指标对于用户的Ao I性能的影响。论文的相关研究对于后续进一步深入研究信息年龄感知的物联网传输技术方案具有有益的参考价值。

关键词：信息年龄物理层安全非正交多址接入缓存辅助无线能量传输

基于阵列线圈磁谐振耦合的手机无线充电系统的研究

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基于阵列线圈磁谐振耦合的手机无线充电系统的研究

作者：胡承华东交通大学

学位级别：硕士

近年来,无线能量传输技术发展迅猛,并被广泛应用于无线通信系统当中。磁谐振无线能量传输方式兼具安全、传输距离较大和传输范围较广等优势,成为了目前国内外研究的焦点。目前,磁谐振无线能量传输技术中存在传输效率低下、磁场分布不均... 详细信息

近年来,无线能量传输技术发展迅猛,并被广泛应用于无线通信系统当中。磁谐振无线能量传输方式兼具安全、传输距离较大和传输范围较广等优势,成为了目前国内外研究的焦点。目前,磁谐振无线能量传输技术中存在传输效率低下、磁场分布不均衡、对距离较为敏感以及对其实用性研究较少等问题。对此,本文设计了一种磁场分布均衡的高效率线圈阵列结构用于手机无线充电,进一步推动磁谐振无线能量传输技术的发展。具体研究内容如下:本文提出了一种异面部分重叠2×2发射阵列。该阵列利用多层板使发射谐振线圈印刷在不同的层上,以两两部分互相重叠的方式排列构成。运用一个谐振电容去调节阵列当中4个谐振线圈的频率,使线圈阵列制作起来更加方便。该阵列的实测效率为73%,高于传统平面2×2阵列的60%。另外,在该阵列上方3 cm平面内最高效率与最低效率差值为4%,要小于传统平面2×2阵列的18%,说明该阵列具有更均匀的磁场分布。本文提出可以通过调节接收线圈电容值的方案来缓解由于传输距离变化而引起的传输效率迅速下降的问题。通过调节接收线圈电容方案,在收发线圈距离8cm时传输效率能够提升10%以上。本文设计了一个E类功放作为发射阵列线圈中能源的供给者。实测表明,该功率放大器输出功率为10.11W,满足手机用电需求。最后,本文设了整流稳压板,并且搭建了一个无线充电系统,用于给手机进行无线充电。实测结果表明,在重叠阵列上方区域内手机充电电流维持在940-960mA左右,且整体传输效率维持在45%以上,具有较高的传输效率。

关键词：磁谐振耦合无线能量传输阵列线圈磁场均衡分布 E类功率放大整流电路稳压电路