多界面匹配高效微波整流天线设计方法

整流天线效率对远距离微波能量传输的整体效率至关重要.针对传输系统接收整流端效率提升的需求,提出了一种多界面匹配高效微波整流天线的设计方法.首先对整流天线的效率给出了数学描述,并据此在能量波束入射界面、能量转移界面、能量转换界面、直流合成界面提出了匹配原理和方法.多界面匹配联合就形成了高效整流天线设计方法.最后,根据相关匹配原理进行了实验验证,证实了对波阻抗匹配和输入阻抗匹配的分析.     

五频段整流天线的研究与设计

针对5G频段以及传统频段的微波能量收集,提出了一款五频段整流天线,其主要由微波能量接收天线和五频段整流电路组成。为了将空间中的5G频段中3.5GHz与4.9GHz的微波能量以及传统频段中的1.75GHz、2.3GHz、2.8GHz的微波能量转为直流功率进行输出,整流电路由两个并联二极管结构的整流电路并联而成,为了收集更多的微波功率,接收天线的辐射方向图在1.75GHz与2.3GHz实现全向性的线极化辐射,在2.8GHz,3.5GHz和4.9GHz实现圆极化辐射。五频带整流天线可在功率为-20～5dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。因此该整流天线可为低功耗电子设备供电。     

特约主编寄语

<正>微波能量传输(MPT,Microwave Power Transmission)概念由尼古拉·特斯拉于1891年提出,主要通过微波波束在两点之间进行能量的无线传输。自20世纪60年代,由于大功率微波源的逐渐成熟和微波整流二极管性能的提高,MPT系统中发射源和接收整流天线的效率得以保证,人们开始对MPT技术进行深入的研究。近年来,微波能量传输在工业、植入式医疗、个人移动电子设备上得到了广泛的应用,成为当前电子领域的     

2.45GHz微波整流电路设计

为了将2.45GHz微波能量转换为直流能量,采用二极管结合微带线结构设计出一个微波整流电路。用微波电路仿真软件ADS 2011对电路进行仿真及优化,其微波-直流转换效率仿真结果可以达到80%以上。对实物加工和测试,其实际转换效率可以达到65%以上。由于该整流电路具有小型化、高转换效率特点,可用于微波输能(MPT:Microwave Power Transmission)系统。     

基于时间反演的近场无线功率传输效率研究

收发天线间的无线功率传输效率（PTE）是表征室内近场微波无线传能（MPT）系统性能的最重要参量之一。时间反演（TR）作为一种高效无线传能技术被用于MPT系统中。为分析基于TR的近场PTE，基于互易定理推导了辐射式MPT场景中PTE的最优解，证明了TR可以实现最高的PTE。同时基于电磁全波仿真技术研究对比了TR在近场无线传能时相较于传统MPT方法如方向图综合法和相位补偿法的优势。理论和仿真表明，TR能够在平面天线阵列的近场区实现最高的PTE。     

宽功率微波整流电路研究进展

无线能量传输可以摆脱线缆的限制,实现传感器的远距离无线充电、无电池设备的低功率能量收集等.首先介绍了无线能量传输的研究意义和工作原理,接着引出了其接收端的整流电路效率易受到输入功率波动影响的问题,并简要介绍了目前的一些解决方案;在此基础上介绍了3种采用无源网络减小对输入功率敏感的整流电路结构,这些结构能使电路在更宽的功率范围内实现高效率整流;最后展望了微波整流电路未来的一些研究方向.     

微波输能技术的研究进展及发展趋势分析

微波输能技术(MPT)是实现远距离能量无线传输的主要方式之一,也是空间太阳能电站系统的核心技术之一.本文主要介绍了微波输能技术的国内外研究现状,并对微波输能技术的系统组成与关键技术做了分析,其中主要针对微波发射子系统与微波接收子系统两大模块进行了详细的讨论.最后,对微波输能系统技术所存在的问题以及未来发展的趋势进行了概括.     

Ka波段整流天线的谐波平衡法分析

采用谐波平衡法(HBM)分析了Ka波段整流天线,计算了整流天线的转换效率,以转换效为目标函数,分别对整流电路的低通滤波器和直通滤波器进行了优化设计,得到了一种新的整流天线结构,此整流天线在150 mW净输入功率和100 Ω的负载电阻下有60%的转换效率。用时域法(TDM)对该整流天线进行了模拟,两者吻合得很好,表明了理论计算的可靠性。     

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10～11、11～24和24～35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明：在-6～25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.     

平面印刷单极子天线频带抑制技术的应用

为克服无线通信系统间相互干扰,采用频带抑制技术对共面波导馈电圆形单极子天线进行改进,设计出一副具有双阻带特性的超宽带天线和一副用于无线局域网/全球微波接入(WLAN/WiMAX)系统的三频段天线.通过在圆形贴片底端加载两条多边形槽线,实现了3.29～4.00 GHz和5.29～6.00 GHz抑制频段的超宽带天线,阻带覆盖了WLAN/WiMAX应用频段.在三频段天线的设计中,综合采用五边形槽线、调谐枝节和扇形槽加载技术,对频带进行阻断和控制.实测三频段天线的工作频带为2.25～2.80 GHz、3.3～3.8 GHz和5.1～5.9 GHz,覆盖了WLAN/WiMAX系统的应用频段,并在其余频段具有良好的频带抑制特性.所设计的两幅天线均具有可调的工作频段,适合复杂环境中对无线通信系统相互干扰的抑制.     

微波等离子推力器圆柱谐振腔等离子体流的数值研究

为了获得微波等离子推力器(MPT)圆柱形谐振腔小型化的设计参数，采用时域有限差分法(FDTD)求解Maxwell方程、有限体积法求解N-S方程、单温度局域热平衡模型求解等离子体数密度、温度等参数的全数值方法，对MPT圆柱形谐振腔在不同微波频率、相同谐振模式情况下的微波等离子体耦合流场进行了数值模拟计算。计算结果表明，提高微波频率可缩小圆柱形谐振腔尺寸。圆柱形谐振腔小型化后，在腔内压强一定的情况下，相应地工质气体的流量减小、消耗的微波功率减小，喷管喉径也减小、从而MPT的推力也减小，且不同微波频率、相同谐振模式情况下，腔内等离子体区温度、压强、电子数密度的变化规律相同。这些结论为今后MPT的小型化设计提供了理论依据。     

微波加热再生活性炭的实验研究

吸附法油气回收技术中,吸附剂的再生是一个难点和研究重点。微波加热作为一种新的再生技术,受到人们日益的重视。实验考察了微波功率和活性炭微孔结构对活性炭升温的影响。结果表明:微波功率和活性炭的温升成正相关,而且孔容越小的活性炭,升温速率越快、温度越高。然后利用正交试验方法,考察微波功率、辐照时间、活性炭量和氮气流量对吸附了汽油油气的富活性炭的再生率和损耗率的影响。得出各因素对两个指标的影响顺序为微波功率>辐照时间>活性炭量>氮气流量,并得到最优方案为微波功率300 W、辐照时间240 s、活性炭量4 g、氮气流量0.9 L/min。     

气动雾化进样-MPT-AES法测定石油焦中的硅

用微波等离子体炬 (MPT)为激发光源 ,氩气为等离子体工作气体 ,用气动雾化进样 ,研究了微波等离子体炬原子发射光谱法 (MPT -AES)测定石油焦中硅的方法。详细考察了载气流量、工作气流量、氧屏蔽气流量、微波功率等实验参数对测定硅的影响 ,同时考察了共存元素对硅测定的影响。结果表明 :硅的检出限为 0 .0 40 μg/mL ,线性范围为 0 .2～ 6 μg/mL ,回收率在 95 .7%～ 10 3.8%之间 ,相对标准偏差 (n =6 ) <2 .9%。操作方法简便 ,自动化程度高 ,运转费用低 ,准确快速 ,是一种测定石油焦中硅的行之有效的分析方法     

高精度微波功率控制技术研究

针对微波输出功率控制过程中所出现的精度低、稳定性差等问题,提出了一种基于DSP的高精度微波功率控制技术.系统采用DSP技术及可控硅控制技术,通过改变磁控管阳极高压来调整磁控管阳极电流,实现了对磁控管输出微波功率的精确控制.同时采用A/D转换器及数字化温度传感器,实现了微波输出功率及微波加热效果的实时监测.通过对不同设定参数下测量的微波输出功率数据的比较,得以看出系统性能稳定可靠且输出微波功率控制精度可以达到1%.     

MPT-AES法测定核桃油中铜和铁

用微波等离子炬(MPT)作激发光源, 氩气为载气, 用气动雾化进样, 研究了微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT - AES)测定核桃油中铜和铁元素。考察并优化了微波功率、工作气流量、载气流量、氧屏蔽气流量、酸效应、共存离子等实验参数。测定铜和铁的检出线分别为5. 3 , 22. 1 ng / mL 。RSD均小于3. 2 %, 线性范围分别为0. 05～ 100 , 0. 1 ～ 100μg /m L, 加标回收率均在96. 4 %～ 102. 2 %。     

中频炉的谐波分析与治理

简述了中频炉的工作原理和谐波对电力系统的危害,分析了其整流装置的谐波电流,给出了河南金汇钢厂中频炉谐波电流和电压的实测数据.由于中频炉的谐波特征比较明显,各次谐波电流含量也比较稳定,可以采用在整流变压器低压侧安装单调谐滤波器和高通滤波器相结合的无源滤波装置来进行谐波治理.此外,为了减少中频炉谐波对电网电压的影响,建议大功率中频炉在接入电网时,还要尽可能地选择短路容量较大的公共连接点.     

Relation between torque and passive intermodulation in microwave devices

Passive intermodulation (PIM) is a complex problem in high-power microwave devices and satellite communications. In this paper, an effective calculation method is proposed for revealing the mathematical model between torque and PIM power levels of microwave devices. First, the analytical formula for the intermodulation voltage is derived based on the nonlinear I-V characteristics of microwave devices. Second, the mathematical model of point sources is constructed by the transmission line theory. And the nonlinear coefficients are calculated by the I-V curves from measured experiments. By substituting the nonlinear coefficients into the point source model, PIM power levels under different torques are obtained. Eventually, the accuracy with which the point source model predicts the three-order power level is verified by experiments, which solves the problem of PIM prediction under different torques in microwave devices.     

微波辐射减压法制备D,L-丙交酯

为降低D,L-丙交酯的生产成本,将微波技术引入到其生产工艺中.以D,L-乳酸为原料单体,减压下采用连续微波辐射法制备D,L-丙交酯.对制备过程中的脱自由水条件、催化剂种类及用量、聚合过程微波功率与时间、裂解过程微波功率进行优化.对提纯的D,L-丙交酯做熔点分析、元素分析、红外光谱分析及核磁共振分析.结果表明,催化剂选用SnCl2与助催化剂A的复合体系;100 mL乳酸经绝对压力20 kPa、170℃脱自由水10 min,微波功率80 W聚合30 min,微波功率200 W裂解得粗产物.粗产物经无水乙醇重结晶3次可获得产率达36%的纯D,L-丙交酯.相比于传统加热法,微波辐射法稍提高了D,L-丙交酯的产率,同时制备时间缩短了1/2~4/5,因而有助于其成本的降低.     

微波消解-MPT-AES法测定豆制品中的金属元素

用微波等离子体炬(MPT)为激发光源,氩气为等离子体工作气体,用气动雾化进样,研究了用微波消解-微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT-AES)测定豆制品中的元素Ca,Mg,Zn,Mn的方法。考察了各微量元素的分析谱线波长、载气流量、工作气流量、氧屏蔽气压力和微波前向功率对元素Ca,Mg,Zn,Mn的发射强度的影响,分析了酸浓度及共存离子对其测定的影响,得到了测量不同金属离子的最佳工作条件,在最佳条件下测量元素Ca,Mg,Zn,Mn的检出限分别为3.17,8.23,9.21,1.29 ng/mL,精密度分别为1.79%,2.59%,1.20%,2.08%,加标回收率均在98.26%~100.35%。