本發(fā)明公開了一種電路自開關(guān)最大能量傳輸?shù)奈⒉ㄕ鞣椒ǎ瑢儆诳刂啤⒄{(diào)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：在微波能量進(jìn)入整流電路之前，先對其進(jìn)行阻抗匹配；當(dāng)輸入功率較小時(shí)，整流通路為普通肖特基二極管整流；當(dāng)輸入功率較大時(shí)，整流通路通過自身電路開關(guān)調(diào)整為GaAs場效應(yīng)管整流；整流后再通過諧波抑制網(wǎng)絡(luò)提高直流電能質(zhì)量；在直流能量到達(dá)負(fù)載端之前，先進(jìn)行尋優(yōu)控制，達(dá)到能量傳輸效率最大化。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了輸入功率自開關(guān)整流和最大功率傳輸，減小了體積和復(fù)雜性，降低了成本，保證微波整流電路在參數(shù)變化的環(huán)境中也能達(dá)到較高效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種電路自開關(guān)最大能量傳輸?shù)奈⒉ㄕ鞣椒ǎ瑢儆诳刂啤⒄{(diào)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微波能量傳輸(MPT,Microwave Power Transmission)是一種通過電磁波在自由空間內(nèi)傳輸電能的技術(shù)，是空間太陽能電站開展研究的關(guān)鍵，同時(shí)在給平流層飛艇、無人機(jī)等高空飛行器和微小型機(jī)器人的供電上也有應(yīng)用前景。由于微波電能是在自由空間內(nèi)無線傳輸，傳輸損耗較小，對傳輸效率有所影響的只有大氣等自然損耗，因此微波技術(shù)目前是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一，在軍事、航空航天等方面有著廣闊的發(fā)展前景。

微波能量傳輸系統(tǒng)主要由微波發(fā)射端、自由空間以及微波接收端三部分組成。接收端的通用結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：接收天線、匹配電路、整流電路、諧波抑制電路和直流負(fù)載。微波整流電路是MPT系統(tǒng)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)微波到直流電能的轉(zhuǎn)換，為負(fù)載端供電。對于微波整流電路來說，效率的提高是關(guān)鍵。研究經(jīng)驗(yàn)表明，輸入端功率的增加會引起整流效率的急劇下降，為了能夠?qū)崿F(xiàn)大功率整流，通常會加入功分器或者二極管陣列來對功率進(jìn)行分流，但是分流器件的加入往往使得電路復(fù)雜、成本高昂。同時(shí)，也有采用GaN、GaAs這類器件進(jìn)行大功率有源整流的研究，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜并沒有在微波段廣泛應(yīng)用，且這些研究均是針對一個(gè)功率點(diǎn)，在輸入功率變化時(shí)，效率并不可觀。因此，亟需研究一種同時(shí)適應(yīng)低功率和高功率輸入場合的簡單、低成本整流電路。

對于微波頻段接收端負(fù)載的變化情況，目前也并沒有較多研究，往往都是確定了一個(gè)具體負(fù)載值，設(shè)計(jì)好所有參數(shù)以保證整體整流效率達(dá)到最佳，但是用電負(fù)載值的變化在現(xiàn)實(shí)生活中是必然存在的，為了提高負(fù)載用電質(zhì)量，本申請旨在將最大功率傳輸?shù)姆椒☉?yīng)用于微波整流中，實(shí)現(xiàn)變輸出負(fù)載情況下整流效率的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是針對上述背景技術(shù)的不足，提出了一種電路自開關(guān)最大能量傳輸?shù)奈⒉ㄕ鞣椒ǎ摲椒ㄍㄟ^設(shè)計(jì)三端口微帶線的尺寸來保證不同輸入功率下電路自動切換整流通路，同時(shí)負(fù)載端加入尋優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)了輸入輸出端變化時(shí)也能持續(xù)高效進(jìn)行微波整流的效果，解決了現(xiàn)有微波能量傳輸系統(tǒng)接收端的整流電路不能同時(shí)適用于低功率和高功率輸入場合以及不能實(shí)現(xiàn)變輸出負(fù)載情況下的整流效率優(yōu)化的技術(shù)問題。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種電路自開關(guān)最大能量傳輸?shù)奈⒉ㄕ鞣椒ǎㄈ缦虏襟E：

(1)在微波能量進(jìn)入整流電路之前，先對其進(jìn)行處理，使得只有基波能量傳輸?shù)秸麟娐分星逸斎胱杩蛊ヅ涞?0Ω，其他諧波被反射回輸入端；

(2)當(dāng)輸入功率較小時(shí)，整流通路為普通肖特基二極管整流；當(dāng)輸入功率較大時(shí)，整流通路通過自身電路開關(guān)調(diào)整為GaAs場效應(yīng)管整流；

(3)由于整流管的非線性，整流后的能量并不全是直流分量，需要通過諧波抑制網(wǎng)絡(luò)將高次諧波反射回整流電路中；

(4)負(fù)載端的阻抗值通常都在改變，在直流能量到達(dá)負(fù)載端之前，先進(jìn)行尋優(yōu)控制，找出不同負(fù)載下最優(yōu)效率，達(dá)到能量傳輸效率最大化。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

(1)成本優(yōu)勢：相對于功分器和二極管陣列等其它大功率整流方法，本發(fā)明在大功率整流時(shí)采用GaAs場效應(yīng)管無源整流，結(jié)構(gòu)的尺寸和復(fù)雜性都大大降低，從而降低了成本開銷。