微波輸能系統(tǒng)中整流天線關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、空間無線能量傳輸方法主要有激光輸能和微波輸能，微波輸能因具有空間損耗較小、轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢受到越來越多研究者的重視，目前廣泛應(yīng)用于無人機(jī)無線輸能、飛艇能量傳輸和機(jī)器人無線輸能等較遠(yuǎn)距離的能量傳輸。整流天線作為微波輸能系統(tǒng)中的接收前端，影響著整個系統(tǒng)的傳輸、轉(zhuǎn)換效率。對微波輸能應(yīng)用中，機(jī)動平臺接收到的微波能量變化范圍大，如何在大動態(tài)輸入條件下確保整流天線的整流效率是目前的一大技術(shù)難題。
　　本文在現(xiàn)有整流天線的研究基礎(chǔ)上，針對大動

2、態(tài)輸入條件下整流天線的應(yīng)用需求，對接收天線和整流電路進(jìn)行了如下研究：
　　①深入分析了微波輸能系統(tǒng)理論。由于接收天線和整流電路是微波輸能系統(tǒng)中整流天線的主要組成部分，首先對整流天線的輻射機(jī)理與效率等理論進(jìn)行分析，然后對整流二極管理論進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，利用解析方法分別給出了理想情況下整流二極管的整流效率隨輸入功率及輸出阻抗變化的閉合公式。
　　②設(shè)計了一個雙頻雙極化天線。鑒于基片集成波導(dǎo)(Substrate integrate

3、d waveguide-SIW)具有良好的互耦抑制、阻抗匹配及寬角掃描的性能，SIW天線在陣列天線中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。本文基于SIW腔體天線，結(jié)合超材料及分形技術(shù)，設(shè)計了一個小型化雙頻雙極化天線，該天線具有兩個饋電端口，利用兩個互補(bǔ)諧振環(huán)（Complementary Split Ring Resonator-CSRR）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了輻射體與傳輸線之間的耦合，這種耦合方式減小了兩個頻段間的干擾。天線的仿真和實測結(jié)果表明，該天線適用于微波輸

4、能系統(tǒng)中整流天線陣列的應(yīng)用。
　?、厶岢隽艘环N大動態(tài)微波能量轉(zhuǎn)換為直流的電路方案。傳統(tǒng)的整流電路需針對某特定輸入功率設(shè)計匹配電路，而阻抗失配產(chǎn)生回波損耗大大降低整個微波輸能系統(tǒng)的效率，本文針對機(jī)動平臺微波輸能中大動態(tài)輸入背景提出了一種大動態(tài)微波能量轉(zhuǎn)換為直流的電路方案。該電路通過對失配反射波進(jìn)行多級整流，提高整流效率，并能有效阻止反射波傳輸回接收端，避免反射波通過接收天線輻射出去而產(chǎn)生的二次輻射問題。為了驗證方案正確性，本文制作了