采用波导技术的地下传感网通信信道建模

针对传统无线地下传感器网络中的磁感应通信系统所固有信道路径损耗较大,无法满足较远距离的通信需求的问题,构建了一种基于波导技术(Magnetic induction,MI)的磁感应通信系统信道模型。通过采用波导技术,即采用一列一定数量的磁耦合的元件,向收发线圈之间等距离引入一定数量的无源中继线圈,在每个谐振线圈中引入的匹配电容的容值都应控制在大于10 pF,同时设定继线圈之间的理想距离为0.7 m,采用电共振的方法,能够有效降低整个通信系统的信道路径损耗,同时也有效地拓展了磁感应通信信道带宽。仿真实验表明:MI波导通信系统在较低噪声功率环境下,当路径损耗小于100 dB时,路径损耗值将不会影响到信道误码率。     

一种基于三轴正交接收线圈的磁感应透地通信方案

为提高磁感应透地通信系统的灵活性和覆盖范围,提出了一种新型透地通信方案,该方案采用单轴空气线圈作为地面发射机天线,用3个相同参数的空气线圈作为接收机天线。首先,对通信信号进行空间分集接收,使通信系统的井下接收机能够以任意姿态地摆放于巷道之中,并能实现更广范围的信号覆盖;其次,为消除因接收线圈间近场耦合作用而产生的信号干扰,将接收机3个天线设置成共用1个圆心且两两相互正交的空间结构;最后,以远距离通信场景下收发线圈间的弱耦合情况为依据,建立一套与接收方案相对应的等效电路模型,并搭建仿真实验平台,分析提出的方案的通信性能。研究结果表明：三轴正交磁感应透地通信接收方案的信号接收强度可达到同等通信距离下理想信号强度的57.7%以上,接收功率可达到最优接收功率的33.33%以上。本文提出的方案解决了单轴线圈接收方案中的通信盲区问题,且有效提高了远距离磁感应透地通信系统的覆盖范围和对应急救援场景的适应性。     

甚低频磁感应波智能钻杆信号传输系统性能分析

为实现有效的电磁波随钻测量,提出一种基于磁感应波的甚低频无线通信模型,并建立系统模型。通过系统的电流色散方程对系统带宽、传播能量等进行推导分析。针对磁感应波随钻测量系统中发生微变的参数,通过引入网络中相邻节点之间的传递因子和互感品质因数,建立了系统的传递方程。针对信号逐级传输过程中的谐振频率偏差损耗,增加连续可调电感进行频率补偿。最后搭建磁感应网络实验平台进行测试,结果表明信号在甚低频磁感应波智能钻杆系统中可以实现远距离的通信,当信噪比为-2 d B且保证通信速率为2 kbit/s时,通信距离可达1 800 m。     

一种复杂环境下的磁耦合无线传输系统设计

针对无线数据传输系统中信号在复杂环境下(主要是非磁导性障碍物)传输距离短、传输效率低等问题,提出了一种线圈互感磁耦合共振模型,在此模型的基础上设计了一种基于磁耦合的无线传输系统。通过分析传输距离和传输效率与线圈参数之间的关系,并经过实验仿真和实验电路验证,该种方法可以保证信号具有较好的传输效率,确保了信号在传输中的正确性及有效性,是今后磁耦合无线传输设计中一种值得深入研究的方法。     

频率分裂现象下的磁感应信道容量分析

研究磁感应通信系统处于强耦合状态时产生的频率分裂特性.首先,对磁感应通信系统进行建模,分析不同电路参数对频率分裂时路径损耗的波谷位置、波谷个数、波谷幅度等的影响.然后,利用频率分裂现象产生的多通道信道,分析可用带宽及路径损耗.最后,计算信道容量.理论分析和仿真结果表明,磁感应通信系统产生的频率分裂能有效扩大磁感应系统的信道容量,进而提高系统的传输效率.     

智能钻杆磁感应传输技术及其信道特性分析

分析感应耦合原理并制作耦合器,将仿真与实测相结合,在高频变压器模型基础上建立单个耦合器的准确电路模型。然后对多节耦合器连接的电路特性进行分析,得到每增加一个耦合器就增加了一个谐振回路的规律,进而得到磁感应传输信道的电路模型。针对多级信号传输的衰减问题,采用电容补偿的方法,增加谐振频率点的幅值以提高信号传输效率。最后,建立用于随钻信息磁感应传输的实验系统,验证磁感应信道电路模型的有效性。选取模型中的两个谐振点作为通信频点,在20节的传输系统中实现了115.2kbit/s的通信速率。     

磁耦合谐振式无线电能传输距离特性

通过设计磁耦合谐振式无线电能传输试验装置,研究了谐振线圈参数的改变对传输距离的影响。研究结果表明:当谐振线圈的线径以及材质固定时,线圈半径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及材质固定时,线圈线径越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的半径以及线径固定时,线圈的电导率越大,系统电能传输距离越远;当谐振线圈的所有参数固定时,系统谐振频率越大,电能传输距离越远。     

电动汽车无线充电系统参数对耦合影响的研究

为提高电动汽车无线充电系统耦合能力以增强系统的传输效率, 总结了现有的无线电能传输(WPT: Wireless Power Transmission)方式, 分析了基于磁感应耦合电能传输(ICPT: Inductive Coupled Power Transfer)技 术的电动汽车无线充电系统的工作原理, 建立了带有磁芯的 ICPT 系统互感计算模型, 对系统互感与磁芯属性、 线圈属性、 轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果进行了仿真分析。 结果表明, 磁芯属性 对系统互感的影响有上限, 而线圈属性对系统互感的影响无上限, 发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘形磁 芯的 ICPT 系统能满足电动汽车无线充电系统的电源需求和电磁屏蔽要求。     

无线充电系统电能传输距离的研究

针对双线圈无线充电系统电能传输距离较短的问题,采用增加中继线圈的方法来提高传输距离,首先利用电路互感理论对系统进行建模分析,分别推导出系统传输效率关于线圈间距的函数表达式,然后通过编程仿真分析其变化关系,最后进一步利用Matlab搭建系统模型验证其可行性,仿真结果表明:在系统传输效率较高且稳定的情况下,相比双线圈系统,带中继线圈的系统可以使传输距离提高0.2 m.     

电磁耦合谐振式无线电能传输实验研究

搭建了一种电磁耦合共振原理的无线电能传输装置,介绍了电磁耦合共振式无线电能传输原理,测量了线圈不同耦合距离下的输出电流和输出功率,获得了其关系曲线,并进行了分析.实验结果表明,在0~8 cm范围内,该装置能够有效进行能量传输,可靠性好、电路简单、成本低.     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

电动汽车用无线充电系统的线圈特性研究

针对电动汽车无线充电线圈的相关特性,提出了耦合谐振电路结合 Maxwell 软件建模的方法对 其进行分析;电动汽车用无线充电系统的互感线圈是实现无线充电的重要模块,对其进行特性研究有助于实 际生产中线圈的设计和优化。 为此,首先分析电动汽车用无线充电技术,并建立耦合谐振电路的等效模型进 行公式推导,进而通过 Matlab 仿真研究线圈互感系数对系统输出功率和传输效率的影响。 然后在 Maxwell 软件中搭建互感线圈的仿真模型,依次改变线圈的匝数、水平偏移程度和垂直距离进行仿真实验分析;仿真 得到线圈在不同互感系数下系统输出功率和传输效率线圈的变化情况和磁感应强度分布图、耦合系数变化 折线图。 根据仿真结果对线圈特性进行分析,最后得出随着互感系数的增加系统输出功率先增后减,传输效 率不断增加。 以及在线圈匝数减小线圈水平偏移程度以及垂直距离不断变大的情况下,线圈的耦合系数不 断降低,且降低幅度变大的线圈特性。     

磁耦合谐振无线电能传输系统线圈角度偏移的联合仿真

针对在某些特殊环境下无线充电装置的发射线圈与接收线圈产生角度偏移的非线性耦合问题展开研究,依据磁耦合谐振式无线电能传输电路模型,对无线电能传输效率与发射线圈和接收线圈之间的偏移角度的关系进行了分析。使用ANSYS Maxwell仿真软件,建立了多种线圈偏移角度模型,分析了线圈参数,将所创建的线圈偏移角度模型导入ANSYS Simplorer仿真软件,对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行联合仿真。通过研究得出了角度偏移的一种极限曲线,有助于磁耦合谐振式无线电能传输系统的非线性校正和优化。     

基于空间自由度的3个线圈磁共振无线电能传输模型

传统的共轴磁共振电能传输模型存在空间位置自由度小的缺陷.分析传统模型的发射和接收装置在非共轴的条件下对电能传输效率的影响,提出一种改进的3个线圈磁共振无线电能传输模型.该模型成功地突破了传统共轴磁共振无线电能传输系统在空间位置上的限制,实验数据表明改进后的传输装置不仅提高了空间自由度,而且在轴线夹角-90°~90°范围内其最低效率较传统模式提高了43%以上,最高传输效率提高了5%.     

电动汽车无线充电系统耦合线圈的优化设计

为了提高电动汽车无线充电系统磁耦合机构的耦合系数，在分析耦合线圈参数对串联补偿网络影响的基础上，采用电磁仿真分析法，对单圆形磁耦合线圈传输距离、内外经尺寸、绕线方式对自感系数、耦合系数的影响进行了研究。结果表明：磁耦合线圈自感系数的稳定性受其外径和传输距离之比影响，磁耦合线圈外径与传输距离之比越小，磁耦合线圈自感系数越稳定；当传输距离和磁耦合线圈外径确定时，磁耦合线圈内外径之比越小，耦合线圈的耦合系数越高；当两个磁耦合线圈传输距离、外径尺寸、互感系数相同时，不同绕线方式的线圈，其耦合系数也不相同，其中匝间距等增绕线方式的线圈可以获得较高的耦合系数。     

基于可编程控制器的电力载波高频阻波器性能测试研究

为了能够提高电力载波高频阻波器性能测试的稳定性和可靠性,建立了基于可控制编程器的电力载波高频阻波器性能测试系统。首先,高频阻波器性能测试的基本原理,并且建立了电力载波高频阻波器性能测试的算法。其次,分析了电力载波高频阻波器性能测试的设计思路,同时进行了系统的硬件设计和软件设计。最后,以某电力载波高频阻波器为例进行了实际测试,测试结果表明该测试系统是行之有效的。     

基于特斯拉线圈的无线电力传输系统

针对家庭中用电导线逐渐增多的问题,设计了以特斯拉线圈为核心的无线电力传输系统。系统以特斯拉线圈为无线电力发射装置,接收装置采用与电力发射端产生磁共振的形式实现无线电力传输。实验表明,基于该系统的电力接收部分在靠近电力发射天线10~20 cm的位置,接收功率最大可达几十瓦,在离发射天线10~15 m的位置,接收功率可达零点几瓦。所以,在10~10 m范围内满足家用电器的基本用电要求。