一种用于电磁能量收集的可扩展宽频超表面能量收集器

设计了一种用于X波段和Ku波段电磁能量收集的可扩展宽频超表面能量收集器,其由周期性结构单元、整流器和负载组成。通过结构单元相互连接构建能量传输通道,实现入射能量的传输和聚集,进而增强了超表面能量收集器捕获能量的能力。通过超表面阵列和整流器的共面集成设计,减少了能量传输中的功率损耗,并简化了结构。仿真结果表明,该超表面能量收集器在6.5～19 GHz频带下具有良好的吸收,在12.75 GHz谐振频率下具有98%的半功率带宽。对制备的10×9的超表面有限阵列进行测试,结果表明,在可用输入功率为16 dBm时,超表面能量收集器的射频-直流转换效率最高可达56.2%。设计的超表面能量收集器具有宽带吸收、阵列数量可扩展的特点,能够在不同环境下高效地收集电磁能量。     

基于微波无线能量传输多径效应的多角度超表面能量收集器的研究

为了提高具有多径效应的无线功率传输中接收系统效率，提出并设计了一款工作在5.7～5.9 GHz频段的4×4小型化L槽能量收集超表面。该超表面与传统的整流天线相比，具有广入射角度和极化不敏感特性。研究分析了不同入射角下超表面的能量收集效率，仿真表明超表面在5.8 GHz、入射角为0°时具有99.3%的吸波效率，91.3%的收集效率。实验过程中入射角在0°～40°的范围内保持50%以上的收集效率。超表面阵列尺寸为8.64 cm×8.64 cm×0.762 cm。     

悬浮式低频宽带电磁振动能量收集器

振动能量收集技术是一种解决无线传感网络供电难题的理想方案。为实现低频、宽带振动能的高效收集,设计了一种基于抗磁悬浮系统的悬浮式电磁振动能量收集器。利用抗磁悬浮系统的低刚度特性降低系统的工作频率,并通过碰撞实现振动能量收集器工作频带的拓宽。对所设计的振动能量收集器进行理论分析和实验研究,分析悬浮磁铁的抗磁悬浮机理,建立振动能量收集器的机电耦合模型,测试了不同振动激励、负载条件下振动能量收集器的电能输出特性。实验结果表明,当激励加速度为0.3g时,峰-峰电压为205 mV,最大均方根输出功率为105.7μW,工作带宽可达8 Hz。     

激光无线能量传输技术的发展

无线能量传输技术包括微波无线能量传输与激光无线能量传输(LWPT)两种技术途径。介绍了LWPT技术的基本概念,综述了LWPT技术的国内外发展历史和现状,分析了LWPT技术的主要研究内容,预测了LWPT技术的发展方向和可能的应用。对比国内外情况可知,国内LWPT研究还处于理论和应用初期,需要更多地投入推动其发展进步。     

用于微波无线能量传输的高效率惠更斯超表面透射阵

设计了一款工作在5.8 GHz用于微波无线能量传输的双层惠更斯超表面透射阵天线。惠更斯单元由一对1 mm厚的反对称E形单元构成，同时实现360°相位控制和高传输幅度(-0.82 dB)。该设计突破了传统双层频率选择表面的限制，同时提高了透射阵的辐射性能。透射阵尺寸为380 mm×380 mm,实测结果表明透射阵增益达到26 dB,口径效率为58.7%。在微波无线能量传输外场实验中，测试距离达到18 m,加载透射阵后，接收功率最高获得8.3 dB的增幅。     

无线能量传输技术在军事领域的应用

无线能量传输技术在军事领域同样具有广阔的应用前景。通过分析无线能量传输技术的类型和发展情况,研究其在军事领域的应用。总结了目前无线能量传输技术在军事上的几种典型应用,研究提出的应用构想前景广阔,将会对未来军事技术和军事理论发展产生深远影响。     

一种圆弧螺旋压电能量收集器

为了降低谐振频率,实现多方向收集和提高输出性能,提出了一种4π圆弧螺旋压电能量收集器。通过分析器件尺寸与输出性能之间的关系来提高器件性能,将优化后的模型进行COMSOL仿真,分析振动位移、应力以及谐振频率。相对于2π圆弧螺旋压电能量收集器,4π圆弧螺旋压电能量收集器具有更低的谐振频率和更高的输出电压。4π圆弧螺旋压电能量收集器的谐振频率为48 Hz,输出电压达到12.3 V,输出功率达到400μW。     

适应多角度入射的无线能量传输天线设计北大核心CSCD

为提高植入式设备在多角度入射下的无线能量传输效率,文中提出一种用于中场无线能量传输的入射不敏感植入式超材料天线,该天线工作在中场1.4 GHz处。搭建了胃部仿真环境,在模拟组织中评估了该天线在不同入射角度情况下的能量传输性能。经仿真分析,该植入天线沿x、y、z轴旋转一周时,97%以上的角度范围内S;均达-37 dB以上,且各角度下的S;值相差仅1~4 dB,验证了该天线具有入射角度不敏感特性,且最大比吸收率满足IEEE标准。实验表明,实测整体结果与仿真结果有较好一致性。总体设计达到了预期目标,适用于生物医疗领域的无线能量传输。     

微波无线能量传输的空间匹配理论

微波无线能量传输,即采用微波为载体形式,将能量无线传输到负载端。微波无线能量传输中效率和功率是衡量传输系统的重要指标。目前,仍然缺乏微波无线能量传输系统整体效率的设计方法。文章提出了微波无线能量传输系统的空间匹配理论,即场匹配、功率匹配和阻抗匹配。根据这一理论设计的传输系统,其传输-转换效率得到显著提高。     

采用前端变压器的射频电磁波能量收集器设计

为了实现高灵敏度的电磁波能量收集,提出了一种采用前端变压器的射频电磁波能量收集器。该电路具有一个前端变压器和18级整流器,可使收集电路与一个标准的50天线相匹配,同时提供电压增益,从而减少了18级整流器的“死区”。设计的电路采用了标准130-nmCMOS工艺,面积为200 × 250 μm2。实验结果表明,提出的能量收集器电路能够与50Ω天线相匹配,且具有?25 dBm灵敏度。     

基于编码电磁超表面的Bessel波束设计

编码电磁超表面构成信息超材料研究领域的一个分支. 文中提出了基于编码电磁超表面的Bessel波束产生设计方法，为Bessel波束的产生与调控提供了新的解决方案；同时对基于电磁超表面的Bessel波束产生与设计的基本方法进行了梳理总结. 首先通过反射型编码电磁超表面分别设计了不同类型的Bessel波束，包括单波束零阶Bessel波束、双波束零阶Bessel波束、单波束高阶Bessel波束以及双波束高阶Bessel波束；然后对于每一种类型的Bessel波束分别对应给出了有关的设计理论和方法，并通过全波电磁仿真的方法进行了相应的仿真验证；最后，鉴于信息超材料技术的发展，基于编码电磁超表面的Bessel波束设计可以进一步地应用于信息超材料有关的系统设计，如近场无线信息/能量传输、近场雷达探测与成像，这也为信息超材料提供了一种可供选择的应用场景.     

Design and performance analysis of MAC schemes for Wireless Sensor Networks Powered by Ambient Energy Harvesting

Energy consumption is a perennial issue in the design of wireless sensor networks (WSNs) which typically rely on portable sources like batteries for power. Recent advances in ambient energy harvesting technology have made it a potential and promising alternative source of energy for powering WSNs. By using energy harvesters with supercapacitors, WSNs are able to operate perpetually until hardware failure and in places where batteries are hard or impossible to replace. In this paper, we study the performance of different medium access control (MAC) schemes based on CSMA and polling techniques for WSNs which are solely powered by ambient energy harvesting using energy harvesters. We base the study on (i) network throughput (S), which is the rate of sensor data received by the sink, (ii) fairness index (F), which determines whether the bandwidth is allocated to each sensor node equally and (iii) inter-arrival time (γ) which measures the average time difference between two packets from a source node. For CSMA, we compare both the slotted and unslotted variants. For polling, we first consider identity polling. Then we design a probabilistic polling protocol that takes into account the unpredictability of the energy harvesting process to achieve good performance. Finally, we present an optimal polling MAC protocol to determine the theoretical maximum performance. We validate the analytical models using extensive simulations incorporating experimental results from the characterization of different types of energy harvesters. The performance results show that probabilistic polling achieves high throughput and fairness as well as low inter-arrival times.     

单级与双级Boost变换器微能量收集电路的对比研究

随着物联网技术和无线传感技术的快速发展,低功耗设备的自供能技术得到了广泛研究和关注。针对传统微能量收集系统存在的电路结构复杂、效率低、电压传输比受限等问题,提出了双级Boost变换器微能量存储方案,并与传统单级Boost升压方案进行了对比分析。通过Matlab仿真进行理论验证,结果表明,双级Boost变换器微能量收集方式极大地提高了同等电压高变比传输下的效率,使设备的组网供能更易于实现,为低电压微能量收集系统的设计提供了一种新方案。     

时变极化编码表面及其在无线通信中的应用

该文提出了一种时变极化编码超构表面的设计方法,实现了对电磁波基波与谐波分布的非线性调控。通过加载开关二极管的方式,超构表面可在2.4 GHz频率处实现转极化与同极化反射之间的动态切换,进而通过调节时域方波调制信号的占空比和频率,可在频域内调控电磁波基波与谐波的能量分配及频率偏移。在此基础上,利用超构表面的动态电磁响应,...     

一种面向非视距环境的涅尔区全息多点聚焦方法

菲涅尔区多点聚焦已成为一种应用广泛的电磁能量聚合方法。然而,多点聚焦的能量传输效率受无线环境特别是非视距(Non-Line of Sight,NLOS)环境的影响较大。针对该问题,首先研究了可编程超表面的功能模型,在此基础上,提出一种基于可编程超表面的菲涅尔区全息多点聚焦方法;然后,针对该方法中的超表面结构单元、可编程超表面及其聚焦和准直特性进行了仿真分析。仿真结果表明,在相同的NLOS环境下,不采用可编程超表面的方法传输效率不高于5%;而所提方法允许针对不同无线设备以最适宜的方式进行电磁传播规律的编程定制,最高具有近60%的传播效率。因此,所提方法能够有效突破NLOS环境的限制,大大提高菲涅尔区多点聚焦的传输效率,有望应用在医疗超声、光学成像、无线能量传输、新一代移动通信等多个领域。     

应用于微波无线能量传输系统的发射波束技术

概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理,从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度,分别按Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。     

流体能量采集研究进展

主要介绍了流体能量的采集,即将采集到的能量转化为电能以实现传感器及低功耗电子器件的自供电.流体能量采集器能有效地解决能源短缺的问题,从而提高电子设备的适用性.分析了流体采集能量的原理,详细介绍了流体能量采集器的各种结构,针对提高流体能量采集器的环境适应能力和工作效能,分析了各种能量采集器的优缺点和能量采集特性,最后通过...     

基于分布式软件无线电的微波能量传输方法

设计了一种基于软件无线电、节点相对独立、分布式波束形成的微波能量无线传输方法.采用扩展卡尔曼滤波算法估计和校正每个发射节点发射信号的载波频率偏移,并采用一比特反馈算法调整每个发射节点的发射相位,以此将它们的能量集中在接收节点,使收集能量最大化从而提高输能效率.实验结果表明:采用所设计的方法在四个发送节点的情况下,接收节...     

Adaptive Duty Cycle Control for Optimal Stochastic Energy Harvesting

Energy harvesting in wireless sensors is expected to improve the environmental footprint of sensors by reducing the polluting need of using and replacing batteries through autarkic operation. Recent advances in energy harvesting technology lead towards this goal. However, the use of harvesters as energy sources imposes limitations on the sensor power and energy consumption. In this paper we propose an adaptive mechanism for dynamically adjusting the duty cycle of a sensor, so that the energy input of the harvester may be utilized to the highest level, while retaining reasonable variance in servicing the load.