CN107947389B - 一种2.45GHz基于相控的微波输电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，所述2.45GHz微波输电系统包括：微波发射微带天线、微波接收微带天线、数字移相器、整流二极管、低通输入椭圆滤波器、输出滤波器、匹配电路、采样电路、控制器、WIFI模块；所述柔性板材使用毛毡布；所述2.45GHz微波输电系统发射和接收微带天线采用中心频点为2.45GHz的线极化矩形微带天线，使用微带线侧馈方式馈电。本发明采用MPPT的方式控制数字移相器改变微波的相位，提高了微波发射的定向性，使得微波接收天线能够接收到更多的能量，提高了微波输电系统的传输效率。该微波输电系统的效率最高可达到70％。

Description

一种2.45GHz基于相控的微波输电系统
技术领域
本发明属于微波输电技术领域，尤其涉及一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系 统。
背景技术
微波输电作为无线输电方式的重要组成部分，国内外现仍处于实验室研究阶段。目 前微波无线输电难以达到实际应用的关键因素在于整儿微波无线输电的系统的效率还比较低。 效率较低的原因在于微波在空气中的传播特性所致，现阶段各企业及研究单位在研究如何提 高微波输电的效率时，主要集中在天线技术、整流技术以及滤波器技术等，而忽略了对微波 在空气中的传输特性进行研究。本发明提出了一种新的微波输电闭环系统，通过研究微波的 相位特性，实现了对微波输电系统效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，旨在提高当前 2.45GHz频率的微波输电系统的效率。
本发明是这样实现的，一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，总体分为两部分微波发射端和微波接收端。发射端包括：频率源、功率放大器、功率分配器、微波发射微带天线、数字移相器、控制器、WIFI模块；接收端包括：微波接收微带天线、整流二极管、 低通输入椭圆滤波器、输出滤波器、匹配电路、采样电路、控制器、WIFI模块。系统整体 框图如图1所示。一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统工作流程如下：频率源产生 2.45GHz的信号，经过数字移相器进行相位调节后，再通过功率放大器将其放大一定的倍数， 再由功率分配器将其分配给微带发射天线阵列，微带发射天线阵列将其以微波的方式发射出去，微带接收天线阵列接收到发射端发射的微波，先通过滤波器进行滤波，再通过匹配整流电流电路输出直流电供给直流负载，接收的控制器通过采样电路实时采样负载的功率，并通 过串口将采集到的信息传递给接收端的WIFI模块，接收端WIFI模块再通过WIFI将信息传 递到发射端的WIFI模块，发射端的控制器通过串口接收WIFI模块传递过来的负载端功率， 通过MPPT控制算法实时调节微波的相位，使得系统工作在输出最大功率点。
进一步，所述移相器使用步进角度5.625°的数字移相器。
进一步，所述2.45GHz微波柔性整流天线采用中心频点为2.45GHz的线极化矩形微带天线，使用微带线侧馈方式馈电。
本发明提供的基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，数字移相器采用移相芯片设 计，集成度高，体积小，滤波器的插损仅有0.8db，采用低损耗高匹配效果的匹配电路，匹配电路由两段微带线构成，采样电路采用低功耗的直流采样芯片设计。经测试，基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统在负载为200Ω时最高达到75％。
附图说明
图1是本发明实施例提供的2.45GHz微波输电系统整体框图。
图2是本发明实施例提供的2.45GHz微波输电系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合系统框图对本发明的应用原理作详细的描述。
基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统包括：频率源、功率放大器、功率分配器、微波发射微带天线、微波接收微带天线、数字移相器、整流二极管、低通输入椭圆滤波器、输出滤波器、匹配电路、采样电路、控制器、WIFI模块。
在本发明的实施例中：数字移相器采用MACOM公司的MAPS-010164芯片，使用电 子设计自动化软件ADS进行设计，可实现以5.625°的步进角度完成360°的相位调节。使 用HFSS三维天线设计软件设计中心频点为2.45GHz的线极化矩形微带天线，使用微带线侧 馈方式馈电，使用两段微带线设计矩形微带天线的匹配。使用射频仿真软件ADS仿真肖特 基整流二极管HSMS282B的大信号特性，并设计匹配电路。整流二极管后接λ/4长加大电 容的输出低通滤波器。设计四阶低损耗的输入低通椭圆滤波器。设计输入滤波器与整流二极 管及输出滤波器的匹配电路，使用两段微带线，以尽量小的损耗实现匹配。在ADS中进行 整体参数优化，以达到整流效率最优，在Altium Designer中完善PCB板。采样电路采用低 功耗直流功率芯片MAX4211设计，通过控制器可直接采样得到负载端的功率，发射端控制 器根据负载功率的变化采用MPPT算法对数字移相器进行控制，使系统工作在最大功率点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，其特征在于，包括微波发射端和微波接收端；
所述微波发射端包括：
频率源，用于产生2.45GHz信号；
数字移相器，用于对2.45GHz信号进行相位调节；
功率放大器，用于将相位调节后的2.45GHz信号放大一定倍数；
功率分配器，用于将放大后的2.45GHz信号分配给微带发射天线阵列；
微带发射天线阵列，用于将分配的2.45GHz信号以微波的方式发射至微波接收端；
发射端WIFI模块，用于接收接收端WIFI模块发送的负载功率信息，并传输至发射端控制器；
发射端控制器，用于通过串口接收发射端WIFI模块传输的负载功率信息，通过MPPT控制算法对所述数字移相器进行控制，实时调节微波相位以使系统工作在输出最大功率点；
所述微波接收端包括：
微带接收天线阵列，用于接收所述微带发射天线阵列发射的微波信号；
低通输入椭圆滤波器，用于对接收的微波信号进行滤波处理；
匹配整流电路，用于将滤波后的微波信号进行匹配整流后输出直流电 供给直流负载；
采样电路，用于实时采样负载的功率信息；
接收端控制器，用于直接采集负载的功率信息并传输至接收端WIFI模块；
接收端WIFI模块，用于通过串口将采样电路采集的负载功率信息发送至发射端WIFI模块。
2.如权利要求1所述的基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，其特征在于，所述系统采用相位控制技术。
3.如权利要求1所述的基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统，其特征在于，所述基于相控的2.45GHz闭环微波输电系统采用中心频点为2.45GHz的线极化矩形微带天线，通过控制器实时采样负载端的功率，通过WIFI模块传递信息，采用MPPT控制策略，对数字移相器进行控制，从而对微波进行相位进行调节。
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