近场无线能量传输系统的效率研究

对于近场无线能量传输系统,输入信号的波形及平均功率发生变化,可能会对信号能量的传输效率产生一定的影响。针对该问题通过理论分析与实验验证相结合的方式,研究了近场无线能量传输系统的输入信号波形及平均功率的变化对信号能量传输效率所产生的影响。提出了选择方波、正弦波和三角波三种典型波形的信号作为输入信号,进行横、纵向全面分析的方法,得出了同一种波形的输入信号的能量传输效率是相同的,不随信号输入功率的变化而发生改变;不同波形输入信号的能量传输效率是不同的,且
方波、正弦波、三角波三种波形信号的无线能量传输效率比为2.622∶1.768∶1。     

电磁谐振无线能量传输系统参数研究

谐振线圈参数直接影响电磁谐振无线能量传输系统的效率,研究线圈参数与传输效率之间的关系,对无线传能系统的研究和设计有着非常重要的意义.推导了电磁谐振无线传能系统的数学模型,并利用Matlab对系统的频率、线圈半径、线圈匝数、线圈长度、线圈间距离等参数进行了仿真研究.研究结果指出了系统各参数变化时对系统效率影响,频率、线圈半径和线圈匝数等参数增大有利于提高传输效率,但增大到一定程度后对效率的影响不再明显;线圈长度和线圈间距离增加会降低系统效率,但可以通过提高系统频率来进行补偿.     

微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计

微机器人胶囊能量无线传输系统的传输性能受到谐振频率、耦合系数、线圈匝数、线圈半径、补偿电容、线圈互感等诸多因素影响.为实现系统性能的全局最优,必须在满足微机器人胶囊最低能耗要求的前提下提高系统传输效率,同时兼顾系统稳定性、温升安全性、可靠性、体积参数等因素.文中基于微机器人胶囊能量无线传输系统初级线圈串联补偿-次级线圈串联谐振补偿模型,建立了系统的能效模型,以初、次级线圈匝数与线圈半径、谐振频率等参数作为优化变量,构建了优化问题的目标函数,对微机器人胶囊能量无线传输系统进行综合优化设计.针对该多变量非线性约束优化问题,采用了改进的遗传算法进行优化计算.实验结果表明,所提出的优化设计方法正确有效,所设计的的微机器人胶囊能量无线传输系统样机的能效达86.6 mW,传输效率达8.01%.     

三维无线能量传输系统失谐影响的研究

三维无线能量传输系统在工作时最理想的状态是初次级回路在发生谐振,然而在实际工作时系统初次级线圈回路的固有谐振频率会偏离系统预设的工作频率,导致系统的传输效率降低。通过对三维无线能量传输系统进行数学建模,推导出传输效率表达式。通过理论和实验分析了初次级线圈的失谐对系统传输效率的影响,得出初级线圈回路固有谐振频率的变化对系统的传输效率有着重要的影响。     

无线能量传输系统双LCC谐振补偿电路研究

针对双LCC谐振补偿电路结构的研究中缺乏考虑系统增益特性,忽略电路整体的输出特性的不足,提出采用基于互感模型的阻抗特性分析法,该方法兼顾谐振系统的输出特性,确定一个与负载和耦合系数无关的固定频率点,在此频率点下发现了谐振电路具有纯阻性和恒流源输出的特性.提出两种实现前级H桥变换器ZVS的参数优化方法,从谐振电路增益角度对比分析了这两种优化参数方法对谐振系统输出特性不同的影响.设计了一台3.3kW的基于双LCC谐振补偿电路的变换器,仿真和实验验证了针对谐振补偿电路特性的分析及优化方法的正确性.     

利用开关电路驱动的小功率高效无线能量传输系统

利用弱电感耦合原理研制一种小功率高效无线能量传输系统.发射系统由多股线绕制的电感线圈与自制高Q值大容量可变电容构成,驱动电路为开关电路.输出功率1.0 W,可点亮4 m外红色发光二极管.发射端与接收端的距离S与发射端线圈直径D之比达S/D=16倍.接收线圈直径可小于发射线圈直径.     

基于电容半桥谐振结构的无线能量传输系统

为了简化传统感应耦合能量传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统的补偿网络结构,通过降低传统半桥变换器中的直流分压电容桥臂的电容量,使其与初级电感构成谐振回路,提出了一种基于改良半桥拓扑的ICPT系统.该系统具有以下特点:1)去除了初级补偿电容,简化了电路结构;2)母线电流为初级电感电流的一半,降低了电源容量要求,减少了导通损耗;3)开关管具有软开关通断的时间裕度,降低了开关管控制难度,减少了开关损耗和电应力.建立了系统数学模型并搭建出1kW级的ICPT系统实验平台.实验结果表明,在耦合系数0.1～0.5、输出功率0.5～1.5kW的范围内,系统效率都能维持在90%以上.     

基于MATLAB的植入式心脏起搏器无线能量传输系统仿真分析

首先介绍了植入式心脏起搏器无线能量传输系统及其模型。然后应用SIMULINK建立系统仿真模型,分析了负载电阻对初次级绕组电流和负载电压的影响。探讨了负载和频率对系统输出功率和效率的影响,为植入式心脏起搏器的设计和优化提供指导。     

基于生物安全性的无线能量传输系统接收线圈优化设计

分析了电磁生物安全性和人体内接收线圈温升安全性对无线能量传输系统的接收线圈设计带来的约束,建立了以能量传输效率为目标函数、以安全性和能量需求为约束条件的最优化模型,以实现接收线圈的优化设计.应用最优化模型对胶囊内窥镜的接收线圈进行优化设计,实验证明了该方法的可行性.
     

受限空间无线传输信道建模研究

本文研究以矿井隧道为代表的受限空间无线信道,通过对无线信号在井下传输特性分析,并以电磁波在矩形隧道反射传输规律为理论基础,建立一种更加贴合矿井无线信号传输特性的信道模型,并利用System View对建立的模型进行信道仿真与模拟验证。实验证明,本文所提出的受限空间无线信道模型,可以为矿井隧道数字无线通信系统的设计与理论研究提供指导。     

电容补偿对无线能量传输系统性能影响的实验研究

本文首先介绍了无线能量传输系统的基本构成和初次级电容补偿模型,然后建立以松耦合变压器为基础的无线电能传输系统,对不同初次级电容补偿模型进行试验研究,结果表明：初级串联补偿可以显著降低电源所需供应的电压,初级并联补偿可以有效降低初级绕组的电流;次级补偿也可降低输入电压和初级绕组的发射电流,与初级补偿相比,电压下降幅度小得多;在初次级均补偿情况下,输入电压和初级绕组电流均下降,功率因数都有提高,在串并补偿情况下输入电压最小,功率因数最高。     

无线视频传输系统实验设计

高校传统上的通信实验都非常侧重于有线的窄带通信,这一状况面临着高速发展的通信理论与技术的挑战。目前,由于业务需求的拉动,无线视频通信逐渐实用化。针对这种现状,各高校纷纷开设了无线通信、多媒体通信等课程,因此,为这些课程配套的无线视频通信实验建设显得极为迫切。文章讨论了面向通信、信息专业本科无线视频通信系统实验的设计思路、实施方案及系统构成,具体介绍了两个无线多视频实验设计实例。     

磁耦合共振无线能量传输系统中平面螺旋线圈的设计

采用基于矩量法的电磁仿真软件(FEKO)对平面螺旋线圈进行3D建模, 并通过计算50 cm处的近场值, 得出平面螺旋线圈的谐振频率, 省略了传统方法对平面螺旋线圈电感量进行的复杂计算. 根据仿真模型数据制作线圈, 并测试其S₁₁参数. 实验与仿真结果表明, 该方法可简化平面螺旋线圈的设计. 在磁耦合共振无线
能量传输系统中用19.3 MHz线圈传输能量, 点亮了一组LED阵列, 因此该设计可用于无线能量传输系统.     

磁耦合谐振式无线能量传输效率分析

为分析无线能量传输的效率问题,利用电磁仿真软件HFSS,建立了单个线圈模型,利用单个谐振线圈模型构建了基于磁耦合谐振的能量传输系统。通过S参数曲线直观反映能量传输效率的变化规律,验证了磁耦合谐振式能量传输效率远远大于一般的感应耦合。通过改变模型中两线圈的相对位置,分析了线圈距离、夹角等因素对能量传输效率的影响,依据效率变化曲线,直观展示了频率分裂现象。仿真和分析表明,为实现系统的高效率、远距离能量传输,应尽量减小收发线圈的角度和线圈的错位偏移量,该系统为设计和优化无线电能传输系统提供了一种理论分析方法。     

固定无线传输中的公务系统

讨论了固定无线传输干线上中、大容量数字微波系统中的公务系统，并研制了一种性能优于现有单话路系统的３话路公务系统。采用集成度高的开关电容滤波器，构成高阶分路滤波器；还提出了数字公务系统的构成、７０４ｋｂ／ｓ复接帧的帧结构及实现方案。     

一种三线圈磁谐振式无线能量传输系统的小型化设计

针对植入式医疗设备、无线传感器以及手机等便携式电子设备的特殊应用,设计实现了一套基于三线圈结构的小型化非对称能量传输系统.基于三线圈系统的等效电路模型,推导了三线圈系统传输效率的表达式,分析了三线圈系统的传输特性和最大效率传输的耦合匹配条件.设计实现的系统接收线圈的外径仅为38.0 mm,厚度为0.6 mm,在10 mm距离下测得的传输效率达79.4%,在100 mm距离内传输效率超过50%.通过仿真和实验对比研究了接收端线圈垂直平移、水平平移和偏转对系统传输效率的影响.     

无线传感器网络OPNET能量建模方法与仿真

针对OPNET未提供能量模型的问题，提出无线传感器网络OPNET能量建模方法。重点分析能量建模过程及其实现机制，并引入一种能较准确描述电池放电过程的RM电池模型，实现了OPNET能量模型进程建模。仿真结果表明，能量建模过程实现机制是可行的且RM电池模型能更准确估算节点寿命。     

无线传感器网络OPNET能量建模方法与仿真

针对OPNET未提供能量模型的问题,提出无线传感器网络OPNET能量建模方法.重点分析能量建模过程及其实现机制,并引入一种能较准确描述电池放电过程的RM电池模型,实现了OPNET能量模型进程建模.仿真结果表明,能量建模过程实现机制是可行的,且RM电池模型能更准确估算节点寿命.     

无线能量传输耦合器测试平台的研究与实现

为满足对耦合器的频繁、大量实验测试需求,获取最优无线能量传输耦合器,本文提出并实现了一种便捷的无线能量传输耦合器测试平台,该测试平台提供了耦合器测试所需的各类相关环境,能够实现对输入端、输出端电压电流的实时监测,并具有人机界面对被测试的耦合器进行理论仿真、性能评估等,可大幅降低耦合器设计的复杂度。借助该测试平台,本文完成了一种应用于水下非接触式无线能量传输的耦合器的制作,实验结果证明了该测试平台的有效性与通用性。     

无线能量传输中继选择与发送功率分配方案

为了最大化无线能量传输全双工多中继系统的传输速率,提出一种利用中继采集能量并进行中继选择和发送功率分配方案。首先在最好最差信道和最大调和平均值中继选择基础上,考虑中继自干扰信道能量采集,引入中继节点不同功率约束,提出基于节点功率的最好最差信道中继选择和最大调和平均值中继选择方案;然后联合源节点两阶段发送功率分配进行优化求解,给出优化问题解耦后的两步次优解方案,求解出功率分配参数的理论次优值;最后推导得出所提最优中继选择方法的中断概率。仿真结果表明,所提出的中继选择方案比随机选择中继的容量性能在系统中继个数为5时提高了30%以上;与中继选择等功率分配方案相比,所提分配方案的系统容量提升了10%以上,中断概率在发送信噪比为15 dB时下降了16%。