無線電能傳輸精選(九篇)

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第1篇：無線電能傳輸范文

關(guān)鍵詞 無線電能傳輸 能量傳輸 感應(yīng)電能

中圖分類號：TM472 文獻標(biāo)識碼：A

1無線電能傳輸?shù)母拍罴皟?yōu)勢

無線電能傳輸（Wirelss Power Transmission――WPT）是指借助于一種特殊的設(shè)備將電源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶艌龌螂姶挪ǖ葻o線傳播的能量，在接收端又將無線能量轉(zhuǎn)變回電能進行傳遞的一種技術(shù)。無線輸電分為：電磁感應(yīng)式、電磁共振式和電磁輻射式。電磁感應(yīng)可用于低功率、近距離傳輸；電磁共振適于中等功率、中等距離傳輸；電磁輻射則可用于大功率、遠距離傳輸。

傳統(tǒng)的直接接觸式電能傳輸存在例如產(chǎn)生接觸火花，影響供電的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同時，近年來，一些便攜式電器如筆記本電腦、手機、音樂播放器等移動設(shè)備都需要電池和充電。電源電線頻繁地拔插，既不安全，也容易磨損，并且錯綜復(fù)雜的電線既限制了設(shè)備移動的靈活性，又影響了環(huán)境的美觀。一些充電器、電線、插座標(biāo)準(zhǔn)也并不完全統(tǒng)一，這樣既造成了浪費，也形成了對環(huán)境的污染。無線電能傳輸技術(shù)有效克服了傳統(tǒng)導(dǎo)體物理接觸傳輸方式帶來的磨損、火花、不靈活等一系列缺點和不足，目前得到了廣泛關(guān)注和研究。

同時隨著能源問題的突出，怎樣能最好地利用現(xiàn)有的能源，已經(jīng)越來越多地引起人們的重視和關(guān)注，無線電能傳輸技術(shù)作為新型的電能傳輸技術(shù)，是實現(xiàn)能源高效利用的重要途徑之一。

2無線電能傳輸技術(shù)分類

到目前為止，根據(jù)電能傳輸原理，無線電能傳輸可以分為以下三類：（1）電磁感應(yīng)式，通過一個線圈給另外一個線圈供電，雖然具有傳輸效率高的優(yōu)點，但傳輸距離被限制在厘米級范圍內(nèi)，效率受位置偏差的影響較大，還存在當(dāng)異物進入時會發(fā)熱和高頻波泄露等問題。這種非接觸式充電技術(shù)在許多便攜式終端里應(yīng)用日益廣泛。（2）諧振耦合式，發(fā)射和接收裝置通過磁場或電場建立的傳輸通道相互耦合，在諧振頻率下傳輸效率達到最大，適合用于中等距離的無線電能傳輸；諧振技術(shù)在電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是，在供電技術(shù)中應(yīng)用的不是電磁波或者電流，而只是利用電場或者磁場。（3）以微波的形式，通過發(fā)射和接收天線進行能量的傳輸，雖然具有傳輸距離遠的優(yōu)點，但不能跨越障礙物，且傳輸效率極低，它直接應(yīng)用了電磁波能量可以通過天線發(fā)送和接收的原理。

這三種無線電能傳輸方式中，電磁諧振耦合無線電腦傳輸?shù)膫鬏斁嚯x適中，傳輸效率很高，很好地解決了傳輸效率和傳輸距離不可兼得的矛盾。

3無線電能傳輸技術(shù)原理

3.1基于變壓器的疏松耦合非接觸式的無線電力傳輸

非接觸電能傳輸系統(tǒng)利用疏松感應(yīng)耦合系統(tǒng)和電力電子技術(shù)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了電能的無物理連接傳輸。它將系統(tǒng)的變壓器緊密型耦合磁路分開，初、次級繞組分別繞在具有不同磁性的結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)在電源和負(fù)載單元之間進行能量傳遞而不需物理連接。其一次側(cè)、二次側(cè)之間通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)電能傳輸，因氣隙導(dǎo)致的耦合系數(shù)的降低由提高一次側(cè)輸入電源的頻率加以補償。

3.2基于電磁輻射的無線電力傳輸

對無線電能傳輸來說，能量傳遞的效率是最重要的。因此，方向性強、能量集中的激光與具有類似性質(zhì)的微波束是值得考慮的選擇。但激光光束在空間傳輸易受到空氣和塵埃的散射，非線性效應(yīng)明顯，且輸出功率小，因此微波輸能成為首選。微波輸能，就是將微波聚焦后定向發(fā)射出去，在接收端通過整流天線把接收到的微波能量轉(zhuǎn)化為直流電能。

3.3基于強耦合磁諧振實現(xiàn)的無線電力傳輸

輻射性傳輸，雖然完全適合于傳輸信息，但是將其應(yīng)用于電能傳輸卻會引起很多的困難：如果輻射是全方向性的，則電能傳輸效率會十分的低；如果是定向輻射，也要求具有不間斷可視的方位和十分復(fù)雜的追蹤儀器設(shè)備，而磁諧振卻沒有這么復(fù)雜。

強耦合磁諧振下的電能傳輸效率。在耦合諧振系統(tǒng)（如聲音、電磁、磁、核等）里，經(jīng)常會產(chǎn)生“強耦合”運行狀態(tài)。如果處于給定系統(tǒng)中的這種狀態(tài)，諧振體之間的能量交換則可期望達到很高的效率。如果不考慮周圍空間的結(jié)構(gòu)，并且在干涉損耗和散失在周圍環(huán)境中的損耗很低時，中等距離的能量傳輸用這種方法可以在接近全方向的狀態(tài)下實現(xiàn)并達到很高的效率。

4總結(jié)

我國東西部經(jīng)濟發(fā)展的差距日益擴大，資源分布不平衡的矛盾日益突出。一些邊遠山區(qū)、牧區(qū)、高原、海島，人口稀少，居住分散，交通不便，經(jīng)濟落后，那里缺乏常規(guī)能源，又遠離大電網(wǎng)，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。這種情況下，利用微波輸能技術(shù)，可以解決電網(wǎng)的死角。輸電工程最關(guān)心的是效率和經(jīng)濟性。無線電能傳輸?shù)男嗜Q于微波源的效率、發(fā)射/接收天線的效率和微波整流器的效率。其經(jīng)濟性如何，依賴于所用頻段的微波元器件的價格與有線輸電系統(tǒng)所用器材價格的比較，也與具體的輸電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)有關(guān)系。

除了關(guān)心經(jīng)濟和效率以外，還要對大功率微波對環(huán)境和身體健康可能造成的影響進行研究，需保證如下方面：（1）傳輸微波能流密度不能對電離層產(chǎn)生明顯擾動；（2）必須保證不干擾日常通信；（3）地面整流接收站不能對飛機等交通工具及周圍的生物體（如鳥類、居民等）產(chǎn)生不良作用。

參考文獻

第2篇：無線電能傳輸范文

關(guān)鍵詞：太陽能；無線電能傳輸；制冷裝置

1 概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源危機的不斷加劇以及人們對環(huán)境的關(guān)注，開發(fā)和利用新能源已成為當(dāng)代社會的一大主題[1]。太陽能作為一種綠色環(huán)保的可再生能源，其應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。在汽車行業(yè)，由于當(dāng)今社會對汽車尾氣排放和能源利用效率低等問題的關(guān)注，清潔、環(huán)保和節(jié)能的新能源汽車已成為汽車工業(yè)發(fā)展的熱點。隨著技術(shù)的發(fā)展，太陽能在汽車行業(yè)的使用也越來越廣泛。但是，就現(xiàn)有的技術(shù)而言，將太陽能作為汽車的全部動力源并不實際。因此，在考慮實際行車需求的情況下，將太陽能作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的能量來源具有一定的可行性。

在夏季，為了保證安全，車主在停車后，一般關(guān)閉所有發(fā)電系統(tǒng)，停止車載制冷裝置能量供給。這會造成停放于室外的汽車由于烈日的暴曬而使得車內(nèi)溫度升高，車內(nèi)溫度過高會令車主感到悶熱難耐，降低車主用車舒適度。因此，針對在熄火停車后利用太陽能電池板發(fā)電為車載制冷設(shè)備供電具有較大意義，但是由于太陽能電池板置于車外，為了實現(xiàn)與車內(nèi)制冷設(shè)備的電氣連接，采用傳統(tǒng)有線連接將不可避免地需要對車身打孔，損壞車體完整度，影響車體美觀性。

近些年來，無線電能傳能技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其在交通運輸、消費電子設(shè)備及醫(yī)療電子設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。該技術(shù)不依賴于有線的傳輸媒介，是一項具有劃時代意義的技術(shù)。本文提出了一種基于無線電能傳輸?shù)能囕d太陽能制冷裝置，該裝置利用太陽能作為車載制冷設(shè)備的能量來源，同時采用了無線電能傳輸技術(shù)實現(xiàn)能量傳輸，有效利用了清潔環(huán)保的太陽能，且避免了對車身進行打孔布線，可以保證車身的完整性。

2 總體方案設(shè)計

本文設(shè)計了一種基于無線電能傳輸?shù)能囕d太陽能制冷裝置，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。安裝于汽車頂部的柔性太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電后在車外微處理器的控制下經(jīng)過逆變設(shè)備逆變成高頻交流電；高頻交流電在發(fā)射能量的原邊線圈產(chǎn)生高頻交變磁場；交變磁場在安裝于車內(nèi)的拾取能量的副邊線圈感應(yīng)出同頻交流電壓，實現(xiàn)電能的無線傳輸。同時，車內(nèi)整流設(shè)備將該高頻交流電壓整流為直流。無線通信裝置接收控制命令，在車內(nèi)微處理器和車外微處理器的控制下，整流設(shè)備變換后的直流電經(jīng)過DC-DC變換器穩(wěn)定地向車載制冷設(shè)備供電或向儲能設(shè)備充電。

3 硬件設(shè)計

3.1 太陽能電池

常規(guī)太陽能電池板一般是兩層玻璃中間填充EVA材料和電池片的結(jié)構(gòu)，組件重量較重且不可彎曲，不僅不方便安裝于汽車頂部，還會增加系統(tǒng)總重和增大汽車高速行駛時的風(fēng)阻。故本裝置選用半柔性單晶硅光伏板，其柔性的特點可使太陽能電池板緊緊貼合在車頂，減少安裝流程，同時減小汽車行駛阻力。

3.2 無線電能傳輸模塊

將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于該車載太陽能制冷裝置上，是本設(shè)計的創(chuàng)新點所在。根據(jù)能量傳輸過程中繼能量形式的不同，無線電能傳輸可分為：磁場耦合式、電場耦合式、電磁輻射式和C械波耦合式[3]。本設(shè)計采用磁場耦合式，其電路拓?fù)淙鐖D2所示。逆變設(shè)備將太陽能電池板轉(zhuǎn)化的直流電逆變成高頻交流電加載到發(fā)射線圈，原邊線圈在電源激勵下產(chǎn)生高頻磁場，副邊線圈在此高頻磁場作用下感應(yīng)出同頻交流電壓，實現(xiàn)了無線電能傳輸。

3.3 整流和DC-DC變換電路

考慮到本次設(shè)計的車載制冷設(shè)備為直流供電制式，故需要將副邊線圈感應(yīng)的高頻交流電整流為直流電，本裝置采用二極管進行整流；同時為了實現(xiàn)對儲能設(shè)備的恒壓或者恒流充電以及對車載制冷設(shè)備的穩(wěn)定供電，加裝了DC-DC變換器[4-5]，并選取BUCK電路作為DC-DC變換電路。通過改變開關(guān)管V1驅(qū)動信號的占空比即可改變BUCK電路輸出的電壓，微處理器實時采集輸出電壓值與設(shè)定值比較，通過閉環(huán)控制改變占空比實現(xiàn)輸出恒定。整流和DC-DC變換電路原理如圖3所示。

4 系統(tǒng)功能分析

為了充分利用太陽能，實現(xiàn)能量高效利用，本裝置對能量進行管理。設(shè)有三種模式：①太陽能電池板轉(zhuǎn)化的直流電能通過DC-DC變換器向儲能設(shè)備充電；②太陽能電池板轉(zhuǎn)化的直流電能通過DC-DC變換器向車載制冷設(shè)備供電；③儲能設(shè)備向車載制冷設(shè)備供電。如圖4所示。

當(dāng)光照充足，車主可選擇系統(tǒng)工作在①或②模式；若光照不足，可以使用儲能設(shè)備向車載制冷設(shè)備供電，即模式③。三種工作模式可以通過能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)自動切換，具有較好的用戶體驗。為了更方便車主遠程控制裝置，裝置設(shè)有無線通信模塊，車主可以通過手機向無線通信模塊發(fā)送控制命令，使系統(tǒng)工作或者關(guān)閉。同時，該裝置設(shè)有液晶屏顯示模塊，可以讓車主方便了解時間、車內(nèi)溫度、儲能設(shè)備剩余電量情況及工作狀態(tài)等信息，從而進行合理調(diào)控。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于無線電能傳輸?shù)能囕d太陽能制冷裝置，創(chuàng)造性地將無線傳能技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)，避免對車體打孔布線，保證車身整體性。車主可通過手機向車內(nèi)無線通信設(shè)備發(fā)送命令，利用太陽能或儲能設(shè)備繼續(xù)為車載制冷設(shè)備進行供電，避免了怠速停車時啟用空調(diào)對車體機能的損傷，實現(xiàn)在烈日停車下車內(nèi)依舊能夠保持舒適的溫度，具有較好的用戶體驗。同時，該裝置采用車內(nèi)能量管理系統(tǒng)，能夠最大程度地利用太陽能，減少燃油消耗，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

參考文獻

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[2]范興明，莫小勇，張鑫.無線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].中國電機工程學(xué)報，2015，35（10）：2584-2600.

[3]黃學(xué)良，譚林林，陳中，等.無線電能傳輸技術(shù)研究與應(yīng)用綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報，2013，28（10）：1-11.

[4]鐘長藝.電動車車載光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

第3篇：無線電能傳輸范文

關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量監(jiān)測； 無線傳感網(wǎng)絡(luò)； 射頻電路； 天線； RF性能

中圖分類號： TN911?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）15?0023?04

Power quality monitoring system based on wireless transmission

TANG Zhi?hui， LONG Yun?cong， LI Hong?chao

（Department of Computer and Information Science， City College of Dongguan University of Technology， Dongguan 523106， China）

Abstract： According to the actual situation of Hi?Tech Industrial Park of Dongguan， a power quality real?time monitoring system based on wireless sensor network is proposed. The structure of ARM plus DSP is used in the system to sample， analyze and process the electric signal on site. The high reliable ZigBee CC2530 module is used to realize the wireless communication between DSP and ARM， and complete the data transmission. The design of radio frequency circuit and the antenna is introduced emphatically. Electromagnetic compatibility and interference protection measure are analyzed. The RF performances of the circuit were tested with SmartRF Studio 7. The test results show that the system can satisfy the requirements of the real?time power quality monitoring of the precision instruments and equipments in automation production lines in the industrial park.

Keywords： power quality monitoring； wireless sensor network； radio frequency circuit； antenna； RF performance0 引 言

具有“世界工廠”稱號的東莞，在新的經(jīng)濟形勢下，工業(yè)自動化水平不斷提高，工業(yè)園內(nèi)對電源敏感的高科技電力設(shè)備越來越多，電能質(zhì)量的實時監(jiān)測是提高生產(chǎn)效率、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，本文針對東莞高科技產(chǎn)業(yè)園對電能質(zhì)量的要求，提出了一種基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網(wǎng)方便、動態(tài)拓?fù)?、低成本、大容量、高可靠性的特點[1]，能很好地滿足高科技工業(yè)園電能質(zhì)量實時監(jiān)測的實際需要。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由數(shù)據(jù)采集節(jié)點，ARM9 S3C2440控制模塊（匯聚節(jié)點）、本地上位機、遠程監(jiān)測管理中心組成，數(shù)據(jù)采集節(jié)點分布在每個需要監(jiān)測的電源點，比如：每臺精密加工設(shè)備，每臺變頻調(diào)速驅(qū)動器，自動化生產(chǎn)線等；S3C2440模塊（匯聚節(jié)點）分布在離數(shù)據(jù)采集節(jié)點約40 m距離的范圍內(nèi)，本地上位機分布在各廠監(jiān)控室，遠程監(jiān)測管理中心放置在工業(yè)園電力管理中心，各部分的功能如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集節(jié)點：由電壓、電流互感器、信號調(diào)理電路、頻率同步電路、A/D、DSP及ZigBee模塊組成，電壓、電流互感器將從電網(wǎng)上得到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成適合A/D 轉(zhuǎn)換的交流小信號，經(jīng)濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器， DSP讀取A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果并進行相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)運算和分析，分析結(jié)果通過CC2530無線通信模塊傳送至ARM 控制中心，頻率同步電路的作用是減小非同步采樣造成的FFT算法中的柵欄效應(yīng)。

（2） S3C2440模塊（匯聚節(jié)點）：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時鐘等電路組成。S3C2440模塊是系統(tǒng)下位機的管理控制中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集節(jié)點和本地上位機之間的通信與數(shù)據(jù)交換，ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)通信鏈路及路由的建立以及數(shù)據(jù)包協(xié)議轉(zhuǎn)換等。

（3） 本地上位機：本地使用PC作為上位機，完成數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示及存儲等功能。

（4） 遠程監(jiān)測管理中心：遠程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)接入本地上位機的服務(wù)器平臺，通過“終端?服務(wù)器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享。

2 無線收發(fā)器

在常用的無線傳感協(xié)議中，ZigBee以其覆蓋范圍寬、容量大、組網(wǎng)簡單、網(wǎng)絡(luò)可自由擴展、聯(lián)網(wǎng)耗時低、安全、低功耗、低成本等優(yōu)勢受到更多的關(guān)注，本系統(tǒng)選用CC2530 ZigBee模塊作為無線收發(fā)器，CC2530是TI在 2009年推出的，在CC2430的基礎(chǔ)上根據(jù)CC2430實際應(yīng)用的一些問題做了一些改進，存儲容量最大支持到256 KB，可編程的輸出功率高達4.5 dBm，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，通信距離最遠可以達到[2]400 m，對于中小型工廠，不用外加功放來擴展距離，只需要一個匯聚節(jié)點即可滿足全廠范圍內(nèi)的電能質(zhì)量監(jiān)測，強大的5通道DMA控制器使硬件外設(shè)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，從而滿足系統(tǒng)實時監(jiān)測的需求。

CC2530電路原理如圖2所示，CC2530與S3C2440通過UART0連接，與DSP通過串口連接。電路中的[C251，][C261，][L1]共同作用為CC2530的內(nèi)部PA和LNA提供直流偏置， [C252，][L261]和[C262，][L252]分別是LC巴倫電路的低通濾波電路和高通濾波電路，它們負(fù)責(zé)差分信號和單端信號之間的轉(zhuǎn)換和阻抗匹配，[L2，][C1，][L3]是pi型濾波電路。

2.1 射頻電路及天線設(shè)計

為了提高射頻模塊的兼容性和抗干擾性，同時方便調(diào)試，本設(shè)計將數(shù)據(jù)采集、分析及處理模塊與射頻收發(fā)模塊分別設(shè)計成2個不同的PCB。CC2530芯片及其電路、電源以及接口電路集成在長度36 mm、寬度25 mm的印制電路板上。

PCB板設(shè)計采用雙層板，為了避免兩層接地層沿銅皮走線產(chǎn)生電位差，在上下兩層的開放區(qū)和芯片底部添加過孔，使整個模塊能夠充分接地，使地面保持等電位。導(dǎo)通口距離計算公式如下：

[ξvia=cεr*fres] （1）

式中：c表示光的傳輸速率；[εr]表示板子的介電常數(shù)，本設(shè)計中為63.2 mil。

采用Cadence的Allegro PCB Design GXL軟件進行手工布線，生成PCB版圖。布線的時候要注意以下幾個方面以提高其電磁兼容性[3]：

（1）在敏感信號周圍用接地孔，或者用封閉的殼來進行屏蔽，減少干擾。

（2）在射頻端口采用差分線路以提高抗干擾能力，布差分線的時候采用Cadence的約束管理器，使設(shè)計的PCB滿足差分走線長度匹配規(guī)則。

（3）采用ADS的line_calc工具進行饋線設(shè)計實現(xiàn)阻抗匹配，避免反射信號。

（4）晶振下層不布線，走線盡量短，并遠離其他敏感器件。

2.1.1 天線設(shè)計

設(shè)計采用印制倒F天線，選擇相對介電常數(shù)為4.5，敷銅厚度是0.035 mm，厚度為1. 0 mm的FR?4板材， 倒F天線的結(jié)構(gòu)如圖3所示。天線的建模與仿真采用HFSS軟件[4]， 參考TI公司提供的2.4G IFA的設(shè)計尺寸，以及文獻[5]中關(guān)于倒F 天線的輸入阻抗與天線尺寸之間的關(guān)系，通過分析計算，反復(fù)微調(diào)各個參數(shù)，在諧振頻率約為2.45 GHz， 阻抗接近于50 Ω時，設(shè)計的天線參數(shù)見表1。

圖3 倒F天線結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 巴倫電路設(shè)計

CC2530的收發(fā)是通過差分端口 RF_P， RF_N來完成信息的收發(fā)的，因為CC2530射頻端口是一個差分端口，而天線端是單端口，所以需要匹配電路進行端口轉(zhuǎn)換并實現(xiàn)天線的50 Ω到差分端口的阻抗匹配，圖2中的[L261，][C262，][L252，][C253]組成巴倫電路用以平衡轉(zhuǎn)不平衡。巴倫電路的[L，][C]計算公式如下：

[ωL=2ZoutZin] （2）

[ωC=12ZoutZin] （3）

式中：[Zout]和[Zin]分別是芯片射頻端口和天線端口需要匹配的阻抗值。根據(jù)TI的CC2530的芯片手冊，系統(tǒng)在工作頻率，射頻端口的阻抗是[（69+j29）Ω，]倒F天線的特征阻抗是50 Ω，可以計算得到各元件參數(shù)值。

表1 倒F天線設(shè)計尺寸 mm

[參數(shù)＼&尺寸＼&參數(shù)＼&尺寸＼&參數(shù)＼&尺寸＼&參數(shù)＼&尺寸＼&H1＼&5.96＼&H6＼&1.24＼&L2＼&16.84＼&L7 ＼&3.35＼&H2 ＼&0.78＼&H7＼&0.81＼&L3＼&2.28＼&L8＼&0.45＼&H3＼&1.35＼&H8 ＼&1.80＼&L4＼&4.95＼&W1＼&1.21＼&H4＼&2.32＼&H9＼&0.61＼& L5 ＼&1.00＼& W2 ＼&0.46＼&H5＼&0.67＼&L1＼&26.42＼&L6＼&1.00＼&＼&＼&]

（1） 使用Agilent公司的ADS軟件進行電路原理圖仿真來驗證巴倫電路的特性，設(shè)置掃描頻率為2～3 GHz，仿真結(jié)果顯示在2.45 GHz天線端口的回波損耗為-26 dB，如圖4所示。天線端阻抗為[（50.407-j1.542）Ω]。

圖4 天線端口的回波損耗

（2）采用TI公司的專用于評估和配置射頻硬件的應(yīng)用程序SmartRF Studio 7[6]進行CRC校驗、RSSI及丟包測試，實驗結(jié)果顯示接收數(shù)據(jù)的CRC正確，RSSI值符合隨發(fā)送功率線性增長的規(guī)律，丟包測試中，當(dāng)射頻模塊通信的平均RSSI為-56 dBm，接收了156個數(shù)據(jù)的吋候丟包率為4.1%，說明通信質(zhì)量可行。

（3）分模塊進行實際測試，采用頻譜分析儀對巴倫匹配電路的輸出信號進行頻譜分析，通過調(diào)節(jié)匹配電路的電感電容值大小，使巴倫匹配電路的輸出端在2.45 GHz頻率的信號峰值達到最大。天線測試時將50 Ω同軸線一端的內(nèi)芯焊接到天線的饋電測試點，外層就近接地，另一端通過帶SMA接頭的校準(zhǔn)線連接到安捷倫公司的E5071矢量分析儀進行測量，測試頻率為2～3 GHz。實際測得在2.45 GHz天線端口的回波損耗為-22 dB。

2.2 通信軟件設(shè)計

通信程序設(shè)計采用ZigBee2006協(xié)議棧為開發(fā)模板，通過在應(yīng)用層添加自己的應(yīng)用程序來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集節(jié)點的程序流程如圖5所示。

圖5 發(fā)送數(shù)據(jù)程序流程圖

3 結(jié) 論

本文提出的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的大型工業(yè)園電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用ZigBee無線傳輸模塊實現(xiàn)ARM 與DSP 之間的通信，省去了復(fù)雜的布線環(huán)節(jié)，節(jié)約了大量的精力和成本，在實際組網(wǎng)點對點通信測試中，無線傳輸模塊的室外直線傳播距離超過300 m，室內(nèi)有障礙時傳播距離超過40 m，最大傳輸時延小于80 ms，具有自組網(wǎng)功能。該系統(tǒng)可對電網(wǎng)諧波的有效值、功率及功率因數(shù)、諧波畸變率、諧波含有率、電壓波動與閃變、三相不平衡度等多種電能質(zhì)量參數(shù)進行測量。系統(tǒng)具有低成本，高可靠性，高容量、組網(wǎng)簡單等特點，適用于工業(yè)園中自動化生產(chǎn)線精密儀器、設(shè)備的電能質(zhì)量的實時監(jiān)測，對高科技工業(yè)園提高生產(chǎn)效率，節(jié)能減排具有實際意義。

參考文獻

[1] 馬麗萍，張衛(wèi)國.基于ZigBee的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].電源技術(shù)，2012，36（8）： 1192?1195.

[2] Texas Instrument. CC2530 [EB/OL]. [2010?10?05]. http：//.cn/cn/lit/ds/swrs081b/swrs081b.pdf.

[3] 陳偉，黃秋元，周鵬，等.高速電路信號完整性分析與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] 李明洋，劉敏，楊放.HFSS天線設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

第4篇：無線電能傳輸范文

1.1基本結(jié)構(gòu)

磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)大多都是兩線圈結(jié)構(gòu)和增加兩個線圈組成的四線圈結(jié)構(gòu)。整個能量傳輸系統(tǒng)分為能量發(fā)射端和能量接收端兩部分，其中能量的發(fā)射端包括發(fā)射能量線圈和高頻率的電源，能量接受端包括接收線圈和諧振電路板及負(fù)載電路。

1.2工作原理

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的工作原理是導(dǎo)線纏繞制成的發(fā)射線圈（空芯電感）與諧振電容共同并列形成的諧振體。諧振體所容納的能量在電場和磁場之間或者自諧振頻率在一定空間的隨意振動，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的以線圈為原點，以空氣為傳輸媒介時更換磁場。能量的接收端是由接收線圈帶有一個單位電容組成的諧振體，在相同條件下的諧振頻率與能量發(fā)送端頻率相同，并能夠在所能感應(yīng)的磁場與電場之間進行自由的諧振，實現(xiàn)兩個諧振體共同的交換，在交換的同時諧振體之間也存在著相同頻率的震動以及能量的交換，這就叫做兩個諧振體共同組成的耦合諧振系統(tǒng)。

2磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀與熱點問題

2.1傳輸水平

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)是一種中距離傳輸電能的方式，很多研究者都對其進行了深入的研究，對于技術(shù)傳輸水平的研究主要體現(xiàn)在傳輸效率和傳輸距離上，與系統(tǒng)共振的頻率有關(guān)。一般普通的諧振頻率都選用13.56MHz的頻率，需求比較高的系統(tǒng)采用比較高端的頻段。

2.2傳輸特征

磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)在傳輸過程中具有以下特征：一是頻率分裂和調(diào)頻技術(shù)，頻率分裂是指在整個系統(tǒng)線圈傳輸結(jié)構(gòu)中，隨著傳輸距離的減少，傳輸?shù)乃俾室矔霈F(xiàn)不同的值域；二是在傳輸結(jié)構(gòu)中加入中繼諧振線圈和接收終端的線圈。在具體的設(shè)備中結(jié)合多個中繼諧振線圈和接收線圈的結(jié)構(gòu)中，對傳輸系統(tǒng)進行研究和分析，可以充分說明系統(tǒng)不受弱導(dǎo)磁性物體的影響；三是磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)只有在一定的水平位置角度移動下才能實現(xiàn)較高速率的無線電能傳輸。

2.3新材料的應(yīng)用

無線電能傳輸最重要的就是實現(xiàn)傳輸?shù)母咝?、傳輸?shù)木嚯x長、傳輸功率大，但是由于多方面原因的限制，無法實現(xiàn)上述三個目標(biāo)。在磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)中是利用附近外界的能量進行傳送的，主要的耗損有歐姆損耗和輻射損耗。在這種情況下，提高速率，首先要減少歐姆損耗，利用超導(dǎo)材料可以實現(xiàn)這一目的。2.4干擾問題無線電能傳輸線圈會受人們?nèi)粘Ｉ钣闷窋[放位置的影響。當(dāng)用品靠近線圈時，會導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸諧振頻率的偏差。根據(jù)實踐證明，無線電能傳輸對干擾源的頻率非常敏感，離線圈越近，影響越大。

3磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)需要解決的問題和發(fā)展的趨勢

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)在發(fā)展中已經(jīng)取得了比較大的成果，但是在個別方面的研究還不夠深入。首先關(guān)于磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)沒有形成一套完整的設(shè)計方法；其次，系統(tǒng)參數(shù)沒有進行有效的分析以及校正；再次，對于系統(tǒng)應(yīng)用中與實際相關(guān)的內(nèi)容沒有進行解決；最后這種技術(shù)需采用高強度的磁場，但至今沒有在如何減少磁場危害上達到共識。

4總結(jié)

第5篇：無線電能傳輸范文

關(guān)鍵詞：感應(yīng)耦合；無線電能量傳輸；研究

前言

傳統(tǒng)的電能傳輸方式是通過導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接后進行傳輸?shù)?，在最近幾年，感?yīng)耦合無線電能傳輸技術(shù)（ICWPT）的出現(xiàn)引起了人們的興趣，作為一個新興技術(shù)和全新的領(lǐng)域， 其關(guān)注度一直居高不下。文章研究了感應(yīng)耦合無線電能傳輸技術(shù)的設(shè)計原理和其欠缺、不完善的方面，同時研究了該技術(shù)如何運用以及發(fā)展前途，為推動感應(yīng)耦合無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍和創(chuàng)新路線盡一份力。

1 感應(yīng)耦合無線傳輸技術(shù)結(jié)構(gòu)

目前的電能無線傳輸技術(shù)主要有兩種，即感應(yīng)耦合和諧振耦合。這兩種技術(shù)的共同點是都是利用交變磁場把電力能量從發(fā)射線圈傳遞到接收線圈，不同之處在于：第一，感應(yīng)耦合因不用接觸就能工作，所使用感應(yīng)傳輸?shù)脑边厸]有連接鐵心。第二，原副邊因有比較大的氣隙，會形成大量的漏磁。第三，感應(yīng)耦合是按照電磁感應(yīng)定律，使用互感模型，通過電流的變化產(chǎn)生磁場耦合而展開系統(tǒng)工作。

2 感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)原理

日前，感應(yīng)耦合電能傳輸所使用的建模有互感模型與分離變壓器模型兩種類型，因感應(yīng)耦合電能傳輸?shù)臉?gòu)成部分主要是松散耦合，所以使用互感模型建模最為合適。

感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)的組成部分分離變壓器，是依照電磁感應(yīng)定律進行設(shè)計制造的，其基本的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，T 型等效電路如圖2 所示，L1、L2 為漏磁參數(shù)，M 為勵磁參數(shù)。

感應(yīng)耦合是將傳統(tǒng)的變壓器進行延伸和改良，最根本的區(qū)別在于：音感應(yīng)耦合的電能傳輸一般都使用松散耦合系統(tǒng)，所以在原邊和副邊線圈之間根本不需要安裝連接鐵心，但也因此留下一定的間隙。早先的研究人員只重視怎樣去提高感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)的耦合系數(shù)，而在近期研究提高電源頻率時，研究人員經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，將補償電容融入進原邊和副邊線圈內(nèi)，能夠極大地提高感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)的傳輸功率和傳輸效率，但是想要出色完成最大功率的傳輸任務(wù)，不是耦合系數(shù)大傳輸效率就高，必須掌握一個度，在這里就需要掌握一個最優(yōu)、最合適的耦合系數(shù)。

感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上突破了傳輸距離的極限，傳輸距離提高了幾十倍。因此松散耦合系統(tǒng)房產(chǎn)適合運用在互感模型上，主要有四種諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別為SS（series-series，串-串）、PS（parallel-series，并-串）、SP（series-parallel，串-并）和PP（parallel-parallel，并-并）型，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)今后的發(fā)展之路

目前，感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)中仍存有大量問題。第一，首先處理的就是系統(tǒng)的安全可靠和性能穩(wěn)定問題，第二，因為感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)還不能遠距離、在有阻礙的情況下使用，所以解決無線傳輸電能的傳輸距離和有障礙時不能傳輸?shù)膯栴}就成了當(dāng)下必須要解決的問題。第三，感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)會出現(xiàn)因負(fù)載的變化而導(dǎo)致傳輸效率低下的情況，以及原副邊發(fā)生錯位時也會出現(xiàn)效率降低的狀況，要保持系統(tǒng)平穩(wěn)運行最根本的條件是，必須保障系統(tǒng)的平穩(wěn)高速運作，且初級與次級的補償諧振頻率應(yīng)該是相等的，也必須是唯一的一個，以阻抗相角為零作為諧振的判據(jù)。

4 感應(yīng)耦合電能傳輸?shù)膽?yīng)用場合與發(fā)展前景

感應(yīng)耦合電能傳輸是將傳統(tǒng)接觸式電能傳輸技術(shù)中的缺陷和不足加以擬補、完善。感應(yīng)耦合電能傳輸主要使用在空間小，不方便連接的地方，還有危險度高不適宜人員進出的環(huán)境中，感應(yīng)耦合電能傳輸因非接觸式傳輸技術(shù)在潮濕的環(huán)境中、灰塵環(huán)境中、水中和有危險氣體的地方大量使用；在醫(yī)學(xué)技術(shù)中也大量運用了感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)；感應(yīng)耦合電能傳輸不用直接接觸就能直接給電池充電，使用時即安全又可靠，在電動牙刷、電動剃須刀和給機器人非接觸供電設(shè)備中得到大量的使用。

感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)廣泛運用到軌道交通方面，尤其是適合應(yīng)用在磁懸浮列車這種大功率非接觸供電領(lǐng)域。雖然感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)應(yīng)用范圍廣，但因受到傳輸距離、空間地理位置和障礙物等各方面的影響，造成了感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用場合受到了一定的限制和約束。所以，目前的感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)非常適合應(yīng)用在負(fù)載固定不漂移、沒有阻礙距離近的地方和環(huán)境下，尤其是應(yīng)用在電動汽車充電和智能化電網(wǎng)結(jié)合方面最能體現(xiàn)出其優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)因其實用性能強，所以上升空間和發(fā)展前途不可限量，感應(yīng)耦合只要靠近負(fù)載就能進行傳輸，所以非常適合近距離高效率傳輸電力能量，但會受到空間角度與障礙物的影響和限制，只能近距離傳輸，超過一定的范圍就失去作用。所以，感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)只有經(jīng)過不斷的創(chuàng)新研究，才能使該技術(shù)的應(yīng)用范圍和發(fā)展更廣大、更長遠。

參考文獻

第6篇：無線電能傳輸范文

至今仍然有人對此深信不疑：1943 年秋 ，7 個巨大的“特斯拉線圈”向停泊在費城的中型驅(qū)逐艦艾爾德里奇號（DE －173）定向發(fā)送了強大的電能，并且在10 分鐘之后使它得以瞬間消失。有人說，那7 個也被人稱為“磁暴線圈”的裝置所發(fā)出的能量足以支持所謂的“空間跳躍”，它們正是美國軍方按照愛因斯坦相對論的理論計算結(jié)果來設(shè)置的。

在傳說中，這場“費城試驗”以失敗告終。當(dāng)驅(qū)逐艦在百慕大被人們重新發(fā)現(xiàn)時，它的船員們不是身首異處就是深深陷入船體結(jié)構(gòu)被物化為船的一部分。于是，能爆發(fā)出恐怖而龐大能量的“特斯拉線圈”隨著“費城試驗”一起在科幻作家的腦海里啟航。作為一種高能量瞬間殺傷武器，它在電影、小說、漫畫和游戲中被大肆布設(shè)。這場面幾乎要使人們遺忘“交流電之父”尼古拉• 特斯拉設(shè)計它的初衷――用作無線輸電部件。

750 萬千瓦級的定向輸能

1901 年，一座29 米的高塔構(gòu)成了紐約長島的地標(biāo)。這座被稱為華登克里夫塔的電力發(fā)射塔像一朵插入天空的鋼鐵大蘑菇，雖然高度不及艾菲爾鐵塔的十分之一，然而隱藏了設(shè)計者特斯拉巨大的野心。當(dāng)時，他設(shè)想在7 年內(nèi)完成方圓50 千米內(nèi)的750 萬千瓦無線輸電工程，繼而實施一項面向全球的無線輸電計劃。特斯拉設(shè)想采用高頻、高壓、低電流的交流電，再經(jīng)由空氣作為傳送媒介來實現(xiàn)遠距離的輸電。

如果特斯拉的計劃最終得以實現(xiàn)，那么今天的世界會是什么樣？遍布城市和鄉(xiāng)村的高壓電纜將不復(fù)存在；甚至，所有人家里都不再需要那些粗粗細細的電線；世界各地的大小家電都能隨時隨地享用無線電塔送來的電能；唯一麻煩的是收取電費，因為無線輸電讓偷電變得更無影無形。如果管控不力，也許就像今天的在線下載一樣，每個人都使用電力，但拒絕付費。在這樣的邏輯下，電器行業(yè)的制造商可能要為每個電器都預(yù)留一個電卡插槽，或者，有償供電的最終出路就是讓電費成為一項人頭稅；今后的戰(zhàn)爭將不再以爭奪各種“化石燃料”為主，各國政府將在電稅的收繳權(quán)方面展開殊死的競爭。核大國的地位將由掌握無線輸電技術(shù)的幾個國家所代替。那時的世界大戰(zhàn)恐怕根本不需要核彈――橫掃幾千萬平方千米的電弧足以瞬間殺滅各種生命體，比核彈更加高效地消滅人類，讓之后來地球考古的外星人以為這里曾經(jīng)居住的是一種焦糊狀生命體。雖然實際上，特斯拉之所以研究無線輸電，原本只是希望每個人都能用上便宜甚至免費的電能。

特斯拉的全球輸電設(shè)想建立在充分利用電離層作為介質(zhì)的基礎(chǔ)上。舉例來說，如果將低音炮開到太大聲，產(chǎn)生的共振會隔空振碎玻璃杯。只要聲音的頻率碰巧跟杯子振動的頻率一樣，就能定向傳播能量，杯子會碎是因為施加的能量超過了儲能限度。

然而，電離層沒有特斯拉想象的那么管用。事實上，無線傳輸至今難以輸送大量的能量。

從兩千萬米到兩米

2007 年，距離無線定向輸電的最初設(shè)想已經(jīng)過去了一個多世紀(jì)。麻省理工的科學(xué)家們盡其所能地學(xué)習(xí)了特斯拉。在沒有任何電線連接的情況下，他們將電流定向傳送到兩米以外，并且成功點亮了一只60 瓦的燈泡。他們選擇了兩個直徑60 厘米的“特斯拉線圈”，一個接在電源上作為送電方，另一個連接一個燈泡作為受電方，置于兩米外。當(dāng)電源接通送電方，兩個線圈都開始了以10 兆赫茲的高頻率電磁振動。瞬時產(chǎn)生的電磁場，足以使得送電方發(fā)出的電振傳送到受電方。雖未相連，兩個線圈完成隔空供電，最終點亮這只60 瓦的燈泡。這項成果很快出現(xiàn)在了美國的《科學(xué)》雜志上。電力工程學(xué)界甚至將其視為一項重大的突破。同樣在進行著無線電力傳輸?shù)挠⑻貭柟镜氖紫夹g(shù)官賈斯汀• 賴特評論說：“麻省理工的試驗將能量傳輸了兩米，其中的損失只有10％，這已經(jīng)是現(xiàn)在最有效率的無線電能傳輸了。”

與麻省理工區(qū)區(qū)兩米的成績相比，當(dāng)年特斯拉對輸送距離的期望是2000 萬米。對此，中科院電工研究所所長孔力直接指出了實現(xiàn)無線輸電的障礙：“電磁波在自由空間傳輸，能量不太容易集中，所以它的定向性事實上很差，而且能量衰竭得很快?！?/p>

在實際運用中，目前的無線輸電只不過能稍稍給小型家電充電而已。真正推出過無線輸電設(shè)備的英國Splashpower 公司，至今僅僅過一個貌似鼠標(biāo)墊的無線充電器。它可以給放置在上面的手機等小型家電補充電能，然而它雖然“無線”但是無法“隔空”。一旦把手機提起，電能就無法正常傳送。美國杜克大學(xué)的研究員曾嘗試用無線技術(shù)解決為機器人供電的問題，但結(jié)果是一個鉛筆盒大小的機器人必須被限定在一個很小的范圍里活動。一旦越界，機器人就變成“植物人”了。

上天入地的電能

誕生于電氣革命年代的特斯拉對世界的想象甚為美好。他所不斷宣揚的“無線輸電實現(xiàn)免費供電”最終激怒了擁有項目51％股份的贊助商摩根大通，并且最終把特斯拉從華登克里夫塔放逐，導(dǎo)致無線輸電計劃的流產(chǎn)。失去了特斯拉的華登克里夫塔不久即被找借口拆除，而特斯拉本人則直到1943年逝世才被恢復(fù)名譽。然而人們并沒有放棄對于無線傳輸?shù)难芯?。有好事者傳言，他的研究資料在死后立刻被FBI 接管，并被設(shè)為“頂級機密”。20 世紀(jì)70 年代，NASA 和美國能源部曾考慮建設(shè)一個功率1000 萬千瓦的宇宙太陽能發(fā)電站，通過微波向地球輸電。該項目據(jù)說由于太不經(jīng)濟而未曾實施。此外，NASA 還在嘗試從地球通過激光束給飛行器供電?！盁o線電力傳輸技術(shù)本身確實適用于比如衛(wèi)星之間、人造飛行器之間的能量傳輸?shù)忍囟▓龊??！笨琢Υ私忉屨f。

第7篇：無線電能傳輸范文

關(guān)鍵詞：磁耦合；共振系統(tǒng)；螺旋線圈；傳輸效率

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0261-03

1 概述

據(jù)中國無線充電行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告預(yù)測，全球無線充電市場將在未來出現(xiàn)大幅增長。電動車技術(shù)發(fā)展至今已持續(xù)一段時間，電池容量、壽命、充電時間與充電設(shè)備普及等問題與電動車行駛里程、充電時間和充電便利性密切相關(guān)。電動車無線充電技術(shù)或許是解決這些問題的辦法。

電動車無線充電技術(shù)的發(fā)展，可分為多種不同類型，但無論哪種技術(shù)，其傳輸效率是使用者最關(guān)心的參數(shù)之一，也是無線電力傳輸系統(tǒng)最重要的議題之一，因此課題針對共振式無線電力傳輸系統(tǒng)的共振線圈進行設(shè)計和分析，以期實現(xiàn)高效率的無線充電系統(tǒng)。

2 天線設(shè)計

2.1 無線充電系統(tǒng)

一般無線充電系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)分為發(fā)送端與接收端兩個子系統(tǒng)，一般來說，發(fā)送與接收線圈設(shè)計一致。市電經(jīng)由AC/DC轉(zhuǎn)換器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再由DC/AC轉(zhuǎn)換器將電力轉(zhuǎn)換為所需電壓的交流電，其中最重要的是需與發(fā)送/接收線圈的共振頻率匹配，才能達到較好的傳輸效率。激勵發(fā)送線圈可使其共振而產(chǎn)生一個共振磁場，若接收線圈置于磁共振磁場內(nèi)，則會受到激勵而產(chǎn)生共振，在線圈上產(chǎn)生電壓和電流，從而實現(xiàn)無線電力傳輸。以一般應(yīng)用來說，無線輸電系統(tǒng)的負(fù)載需要直流電，所以需要整流器，然后由DC/DC轉(zhuǎn)換器將直流電轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的電壓標(biāo)準(zhǔn)，例如一般手機充電為5V。

2.2 等效電路分析

無線充電系統(tǒng)的等效電路如圖2所示，磁共振耦合由LC共振產(chǎn)生、經(jīng)由電磁耦合進行電力傳輸，沒有輻射電磁波，因此，磁耦合與電耦合可分別以互感和互容代表。

圖中L與C 分別為線圈的自感值與電容值，由系統(tǒng)的分布參數(shù)決定，兩線圈的耦合以互感（Lm ）表示，Z0表示特性阻抗，線圈的電阻損失與輻射損失以R表示。傳輸系數(shù)S21如式（1）所示，其中w為系統(tǒng)工作的角l率，由于線圈的R值相對較小故可忽略不計，Z0為系統(tǒng)的特性阻抗，其值為50Ω，因此S21可被表示為：

2.3仿真結(jié)果

本文論述的磁耦合無線充電系統(tǒng)天線如圖3所示，振線圈構(gòu)型為螺旋形，且為開路型式。線圈所使用的導(dǎo)線線徑為3.2mm，線徑大可以降低內(nèi)阻，提高傳輸效率。線圈的半徑為150mm。

按預(yù)設(shè)參數(shù)使用Ansoft HFSS13進行系統(tǒng)仿真，圖4至圖8顯示了仿真結(jié)果。圖4顯示，當(dāng)收發(fā)天線間距離為150mm時，正如公式（3）和（4），天線有兩個諧振頻率。而圖5至圖7顯示，收發(fā)天線間距離為180mm時，系統(tǒng)諧振頻率19.3 MHz，S21約-1.396dB，傳輸效率為72.6 %；距離為200mm時，系統(tǒng)諧振頻率19.3 MHz，S21約-1.53dB，傳輸效率為70.6 %；距離為260mm時，系統(tǒng)諧振頻率19.3 MHz，S21約-3.39dB，傳輸效率為45.8 %。結(jié)果表明，隨著收發(fā)天線間距離的增加，兩個諧振頻率逐漸靠近最后合為一個工作頻率，傳輸效率也是先增大后減小。

2.4實測結(jié)果

按預(yù)定參數(shù)制成的線圈如圖8所示，線圈的特性用向量網(wǎng)路分析儀進行測量，實測圖如圖9所示，經(jīng)實測發(fā)送線圈和接收線圈的容抗和感抗在共振頻率時值非常接近。線圈實測的傳輸距離與效率之間的關(guān)系如圖10所示。傳輸距離18cm時，線圈間的最大傳輸效率為72.6%，當(dāng)傳輸距離增加至26cm，傳輸效率降至45.6%。另外，當(dāng)傳輸距離小于或大于18cm，系統(tǒng)傳輸效率都會漸漸減少，此為磁共振充電系統(tǒng)的特性。

進行電力傳輸實測的無線充電平臺如圖11所示，功率放大器使用射頻放大器，最大輸出功率為1kw，輸出阻抗為50Ω，用5個60W的燈泡作為負(fù)載，以明示無線電力傳輸效果。

3 結(jié)論

本文通過共振的方式提高了無線充電系統(tǒng)的效率，提高了傳輸距離，通過多次實驗和理論分析得出，即使相同的電路接法，在不同頻率的電路中，傳輸效率和傳輸距離差異也比較大，只有當(dāng)頻率接近且發(fā)生共振時無線輸電效率才比較高。

參考文獻：

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第8篇：無線電能傳輸范文

無線供電的定義

在維基百科等網(wǎng)站上，廣義的無線供電定義是終端用電器通過無線方式獲取電能的過程。但按照目前絕大多數(shù)人認(rèn)可的觀點，無線供電技術(shù)是將電源端的電能轉(zhuǎn)換為其他形式的無線能量，并在接收端被再次轉(zhuǎn)換為電能供終端使用的技術(shù)。按照這一定義，很多看起來“無線”的供電方式，比如使用太陽能和風(fēng)能等等都不能算做“無線供電”。事實上，我們也很少把這類能源供電歸為無線供電的范疇。按照這一定義，目前已經(jīng)實用化的無線供電技術(shù)只有兩類，一類基于電磁感應(yīng)原理，另一類則基于電磁共振原理。不過，盡管這些原理聽起來很簡單，但實用化的難度并不算小。

無線供電的早期發(fā)展

我們都知道無線電波具有能量，波長越短，能量也就越高，類似原子彈和氫彈爆炸那樣的核輻射可以快速殺死生命，即使是波長僅僅比可見光稍短的紫外線也可灼傷皮膚。既然能量能夠通過無線方式傳遞，那么只要找到合適的傳遞方式，就可以實現(xiàn)電能的無線傳輸。天才的物理學(xué)家尼古拉?特斯拉曾經(jīng)設(shè)想在地球和電離層之間以低頻電磁波傳遞電能，并進一步實現(xiàn)電力全球輸送的宏圖。由于無線供電有著潛在的軍用價值，因此不少機構(gòu)和公司在這一領(lǐng)域投入了大量資金，并取得了一系列的重要成果。不過，早期的無線供電研究的軍方背景使無線供電偏重于長距離和高性能，這需要低頻、大功率的載波發(fā)射接收裝置，此類裝置一般都相當(dāng)龐大，這也使得無線供電技術(shù)很難用于民用場合，更別提用在便攜裝置上了。

無線供電安全嗎？

無線供電的安全性是每個人都關(guān)心的問題。一方面，無線供電造成的交變電場和磁場可能會對人體產(chǎn)生影響，但這種影響通常很小。根據(jù)日本相關(guān)企業(yè)的研究結(jié)果，在電動巴士上配備22KHz頻率、30kW的電磁感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)時，磁場強度在近場以距離的立方比例衰減，在100mm遠的位置的磁場強度為72μT。這個值對普通人完全沒有影響，但對于特殊人群則可能會有問題——比如德國規(guī)定心臟起搏器的最大容許磁力線密度為66.5μT，因此安裝心臟起搏器的人士應(yīng)該離開充電裝置至少100mm以上。當(dāng)然，由于部分電能會變成熱能消耗，因此人們會感覺充電系統(tǒng)旁邊會熱一些。

電磁感應(yīng)式供電

那么，有沒有什么無線供電技術(shù)更為適合民用領(lǐng)域，即距離不那么長、功率也不那么大的場合呢？答案自然是肯定的?？茖W(xué)家們最先想到的是電磁感應(yīng)技術(shù)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象最早為法拉第所發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)體切割磁力線時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。電磁感應(yīng)是我們廣泛運用的發(fā)電機的設(shè)計基礎(chǔ)，同樣地，我們目前使用的大量智能卡——比如公交卡和餐卡也是基于電磁感應(yīng)技術(shù)來工作的。在讀卡器上方有微弱的交變磁場，而封裝在塑料卡內(nèi)部的則是智能芯片和感應(yīng)線圈，當(dāng)把智能卡放在讀卡器上時，感應(yīng)線圈中就會產(chǎn)生電流，供芯片使用。

在同樣工作原理的基礎(chǔ)上，將交變磁場的強度加以放大，就能夠?qū)崿F(xiàn)對小型用電裝置進行無線供電的目的了。無線供電端的工作部分是一個初級線圈，在其中通入交變電流，線圈即會產(chǎn)生交變磁場，這一磁場可以覆蓋與初級線圈很近并與之同軸的次級線圈，從而在次級線圈中產(chǎn)生電流。目前市售的大量無線電動牙刷、電動剃須刀等小電器以及某些型號的智能手機就采用了這一技術(shù)。以數(shù)年前的產(chǎn)品Palm Pre手機為例，Palm公司在2009年推出了一款與之配合的無線充電底座“Touchstone（點金石）”，充電底座的內(nèi)部是用于產(chǎn)生交變磁場的電路，而專用的手機背蓋則內(nèi)置了感應(yīng)線圈，并通過兩個觸點連接到電池。當(dāng)然，Palm公司的這一技術(shù)并非原創(chuàng)，而是來自Fulton Innovation公司的eCouples技術(shù)授權(quán)。該公司的eCouples技術(shù)同樣被德州儀器、戴爾等公司所采用。

電磁感應(yīng)式供電的優(yōu)點是實現(xiàn)起來非常簡單，充電設(shè)備和終端設(shè)備只需配備感應(yīng)線圈以及相應(yīng)的穩(wěn)壓電路即可，目前市售的“無線充電底座”大部分采用了這一技術(shù)。不過，它的缺點也很明顯，一是只有當(dāng)初級線圈和次級線圈保持近似同軸時才能獲得較高的傳輸效率；二是有效距離較短，在可接觸距離內(nèi)充電無法體現(xiàn)無線供電的便捷性；三是功率仍有限制，這類設(shè)備通常會避免將磁場設(shè)計得過強，以免損壞其他設(shè)備或?qū)θ梭w造成影響。

電磁共振式供電

很久之前人們就發(fā)現(xiàn)了共振現(xiàn)象，它能夠以相當(dāng)高的效率傳輸能量，在高中時我們做過的音叉共振實驗很好地展示了共振的能量傳遞。

第9篇：無線電能傳輸范文

引言

隨著Internet技術(shù)和市場應(yīng)用的快速發(fā)展，各種寬帶接入方式相繼出現(xiàn)，利用電力線進行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)也取得了重大進展。

更高速率的寬帶電力線設(shè)備，例如45 Mbit/s、85 Mbit/s、200 Mbit/s等速率的產(chǎn)品相繼問世，利用寬帶電力線上網(wǎng)已經(jīng)成為獨特的接入方式，但是電力線通信系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)）引起的電磁兼容問題成為PLC推向市場的最大障礙。

電力線高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)是一個正在發(fā)展中的嶄新學(xué)科。電力線一般用來傳輸220V/50Hz電能，為了提供從數(shù)Mbit／s到數(shù)十Mbit／s以上的數(shù)據(jù)傳輸，就必須采用數(shù)MHz以上的頻段。但在當(dāng)前的技術(shù)條件下，這會引發(fā)嚴(yán)重的EMI(電磁干擾)。例如，NOR．WEB公司的PLC系統(tǒng)運行后，發(fā)現(xiàn)路燈變成了發(fā)射天線，干擾了包括英國廣播公司4臺在內(nèi)的多家廣播電臺的無線電信號接收。本文將就PLC系統(tǒng)的電磁兼容特性進行分析，并對于其頻譜管理提出一些建議。

寬帶PLC電磁兼容問題分析

1.1 電磁兼容分析模型

對于一般的電磁兼容問題分析的基本模型如圖1所示。

圖1 電磁兼容分析模型

對于寬帶PLC系統(tǒng)來說，干擾源要整體考慮，不僅包括PLC設(shè)備，而且要考慮當(dāng)信號加到電力線上時，由于電力線是一種非屏蔽的線路，有可能作為發(fā)射天線對無線通信和廣播產(chǎn)生的不利影響。此外還要考慮多種PLC設(shè)備間的相互影響。PLC的耦合途徑是非常復(fù)雜的，是不同的途徑相互作用的結(jié)果，總體上分為兩種，一種是空間的輻射，對應(yīng)的擾設(shè)備是無線通信和廣播信號;另一種是沿電力線的傳導(dǎo)騷擾，主要造成對電能質(zhì)量的影響。因此寬帶PLC系統(tǒng)的電磁兼容問題涉及多個PLC系統(tǒng)的共存，以及與無線網(wǎng)絡(luò)的共存。

1.2 寬帶PLC系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生的機理

電力線最主要是用來傳輸電能的，其特性和結(jié)構(gòu)也是按照輸送電能的損失最小并保證安全可靠地傳輸?shù)皖l(50Hz)電流來設(shè)計的，不具備電信網(wǎng)的對稱性(構(gòu)成回路的兩根絕緣芯線對地是對稱的)、均勻性(在線路的全部長度上傳輸導(dǎo)線橫截面形狀及大小、使用材料、導(dǎo)體間的間隔和導(dǎo)體周圍的介質(zhì)都保持均勻不變)，因而基本上不具備通信網(wǎng)所必須具備的通信線路電氣特性。而寬帶PLC系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾問題正是由于電力線的這種對地不對稱性產(chǎn)生的。

寬帶PLC系統(tǒng)產(chǎn)生兩種電磁場，傳導(dǎo)波和輻射波。它們都是由共模電流引起的。

電磁干擾源的一般模型如圖2所示。

圖2 電磁干擾的一般模型

根據(jù)這個模型，一般認(rèn)為EMI是由兩種電流注入網(wǎng)絡(luò)引起的，一種是共模電流（Ic），一種是差模電流（Id）。差模電流信號流入的上行方向（設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)）產(chǎn)生了一個磁場，而另一個差模電流以同樣的強度和領(lǐng)域與第一個在相反的方向上（網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備）上產(chǎn)生第二個電磁場。由于兩個電磁場對稱且方向相反，彼此產(chǎn)生的電磁干擾相互抵消。與差模方式相反，共模電流在同一個方向上，所以產(chǎn)生的電磁場是不對稱的，因此總的電磁輻射是兩個電磁場的疊加。所以PLC 網(wǎng)絡(luò)的干擾主要是由共模電流引起的。

PLC對無線通信的影響

理論證明，在原有的幾百kHz頻帶內(nèi)是無法實現(xiàn)Mbit／s級的高數(shù)據(jù)傳輸速率的，因此高速PLC技術(shù)所采用頻帶遠遠超過了低速PLC所規(guī)定的頻帶范圍。

目前高速PLC技術(shù)所采用的頻帶也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國際上的實際應(yīng)用一般集中在1 MHz～30 MHz。從高速PLC技術(shù)的應(yīng)用模式來看，國際上主要分為兩種不同的應(yīng)用，歐洲的PLC技術(shù)主要應(yīng)用于Internet接入，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI(the European Tele—communications Standards Institute)在其技術(shù)規(guī)范“TS101 867”中將1.6 MHz～9.4 MHz規(guī)定為接入應(yīng)用頻帶，將11 MHz～30 MHz規(guī)定為室內(nèi)應(yīng)用頻帶。另一種應(yīng)用方式主要集中在北美，北美的高速PLC技術(shù)主要應(yīng)用在室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。

與低速PLC所占的專用頻帶不同，高速PLC所采用的l MHz～30 MHz頻帶已被分配給其他無線電應(yīng)用了，如固定業(yè)務(wù)、移動業(yè)務(wù)(水上移動、陸地移動、航空移動)、無線電定位、無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時間信號、短波無線電廣播、業(yè)余無線電業(yè)務(wù)、衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)、射電天文和氣象輔助等業(yè)務(wù)。

對PLC而言，首先要考慮是否存在尚沒有分配給其他應(yīng)用的頻帶：在德國，l MHz～30 MHz頻帶范圍內(nèi)沒有分配的頻帶大約有7.5 MHz，但頻帶不連續(xù)，因此對信號的調(diào)制技術(shù)就會有選擇性。OFDM 采用多載波技術(shù)，因此OFDM可以適應(yīng)這種頻帶不連續(xù)的情況。對于已經(jīng)分配的頻帶，如果PLC系統(tǒng)需要使用，就必須考慮在這些頻帶范圍內(nèi)的電磁輻射問題，這是因為PLC系統(tǒng)的載波信號能量可能輻射到周圍空間，對該頻帶內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)造成影響。由于這種干擾來自PLC系統(tǒng)的有用信號，因此PLC干擾源的性質(zhì)可以定位為有意干擾源。在這種情況下，只能考慮在這個頻帶內(nèi)對PLC系統(tǒng)的電磁騷擾進行限制，以保護在這個頻帶內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)。就電力分布線和發(fā)送線產(chǎn)生的磁場而言，會隨著時間變化而改變，與電流大小成正比。PLC在應(yīng)用頻帶內(nèi)的電磁輻射對無線電業(yè)務(wù)的潛在影響也是目前對PLC應(yīng)用的主要爭議。

測試結(jié)果

為了評估PLC室內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)以及PLC接入系統(tǒng)的電磁輻射水平，許多組織及研究機構(gòu)對PLC的輻射場進行了大量測試[3，4，]。

ET．SI PLT工作組的研究小組進行了如下測試：在傳導(dǎo)干擾基本滿足CISPR 22 B類設(shè)備規(guī)定的最大限值的情況下，測試不同頻率、不同距離時電力線的輻射場強，研究是否存在干擾合法短波無線電用戶使用的可能性。測試結(jié)果如下:

(1) 輻射場的場強隨距離的增加而快速衰減。測試結(jié)果表明，衰減的幅度為距離每增加10倍衰減為31 dB～36 dB。

(2) 在城市內(nèi)，滿足CISPR22的PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射場強低于典型的大氣和宇宙噪聲，不會對其他無線業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾。但在人煙稀少的農(nóng)村，在12 m～14 m的范圍內(nèi)有可能對無線電接收機產(chǎn)生影響。

(3) 12 m～14 m之外，在任何地區(qū)，滿足CISPR22的PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射電平低于典型的大氣和宇宙噪聲，不會干擾無線電接收機的工作。

也有許多專家對大量PLC系統(tǒng)同時使用時的電磁輻射累積效應(yīng)進行了研究和測試，其目的在于分析大量PLC系統(tǒng)同時使用時對無線GSM 網(wǎng)絡(luò)，特別是具有高接收靈敏度的GSM中心站的影響。在所測試區(qū)域，有一個GSM 中心管理站，1433個基站(每個基站的容量為200個用戶)，終端用戶容量為28600個。在該網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)共安裝了19個PLC 網(wǎng)絡(luò)。測試結(jié)果表明多用戶同時使用時，如每個PLC終端注入到低壓配電網(wǎng)的信號功率譜密度達10 mW／Hz(遠高于PLC 系統(tǒng)實際注入的功率譜密度)，在離PLC 網(wǎng)絡(luò)1500 m處，即使是在沒有建筑物阻擋的開闊地帶，多個PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射值也低于大氣及宇宙噪聲，對環(huán)境噪聲的增值遠小于0.1 dB。

對寬帶電力線等非無線電設(shè)備管理的一些建議

通過對寬帶電力線對無線廣播通信頻率干擾的分析，我們對寬帶電力線干擾的機理和防治方法有了較深入的了解。

如何加強對輻射無線電波的非無線電發(fā)射設(shè)備的管理，特別是像寬帶電力線通信這類輻射無線電波的非無線電發(fā)射設(shè)備的管理，是無線電管理部門需要考慮的問題。

在信息化社會里，無線電頻譜作為一種重要的資源，它的作用日益重要。無線電業(yè)務(wù)已經(jīng)普及到社會生活的方方面面，各行各業(yè)對無線頻譜的依賴性越來越強。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各類電子設(shè)備等非無線電通信設(shè)備廣泛應(yīng)用于社會生活當(dāng)中，其產(chǎn)生的電磁輻射是無線電通信業(yè)務(wù)的潛在干擾源。由于這類干擾日益增多，對管理提出了新的挑戰(zhàn)。目前對這類干擾查處的主要依據(jù)是《中華人民共和國無線電管理條例》第六章和第八章對非無線電設(shè)備的無線電波輻射的規(guī)定，但力度不夠。

對于這些問題，建議在制度方面出臺一些具體的規(guī)章制度，以便處理問題時有章可循，有法可依。在技術(shù)方面應(yīng)逐步加強對該類設(shè)備檢測監(jiān)測技術(shù)的研究，在管理方面須加強與不同部門的溝通和協(xié)調(diào)，實現(xiàn)對這類產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售使用的有效監(jiān)管。

結(jié)束語

寬帶電力線通信的載波頻段與其他無線電通信業(yè)務(wù)共用，而且電力線是一種非屏蔽的通信線路，因此寬帶電力線通信在實際工作中不可避免地存在電磁干擾的問題。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展、新的調(diào)制方式和組網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，電磁干擾問題將會不斷得到改善?；谶@種情況，無線電管理者應(yīng)該堅持科學(xué)的態(tài)度，既要保證現(xiàn)有的重要無線電業(yè)務(wù)不要受到干擾，同時要為新技術(shù)的發(fā)展留出空間，使新舊技術(shù)在同一片天空下和諧發(fā)展。

河北省無線電管理局廊坊分局 張力波

華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 柴守亮

參考文獻

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