16519

16219

بهبود بازدهي سيستم انتقال توان بي‌سيم با استفاده از شبكه تطبيق امپدانس وفقي

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان

خردادماه 1395

دكتر محمد سليماني

دكتر وحيد نيري

برق

چكيده با گسترش روزافزون و چشم¬گير وسايل الكترونيكي قابل¬حمل و بي‌سيم در سال¬هاي اخير سيستم¬هاي انتقال¬ توان بي‌سيم به يكي از زمينه¬هاي تحقيقاتي مهم و موردتوجه محققين تبديل شده¬است، چرا كه جايگزيني و يا شارژ مجدد باتري¬ها علاوه¬بر محدوديت زمان كاركرد اين وسايل، هزينه¬بر و گاهي اوقات غيرممكن است. سيستم¬هاي انتقال توان بي‌سيم به دو دسته¬ي سيستم¬هاي تشعشعي و غيرتشعشعي تقسيم مي¬شوند. سيستم¬هاي انتقال توان بي‌سيم غيرتشعشعي مبتني بر كوپلاژ مغناطيسي بين دو ساختار هستند و برحسب فاصله¬ به دو نوع كوتاه¬برد و ميان¬برد تقسيم مي¬شوند. اين سيستم¬ها مورد تحقيق و توسعه¬ي بسيار قرارگرفته و امروزه به خوبي در صنعت كاربرد يافته¬اند. مشكل اصلي در اين روش اين است كه انتقال انرژي تنها مي¬تواند طي فواصل نسبتاً كوتاه و در فركانس¬هاي نسبتاً پايين اتفاق بيفتد. سيستم¬هاي انتقال توان بي‌سيم تشعشعي از امواج الكترومغناطيسي فركانس بالا بهره مي¬برند و انتقال انرژي بي‌سيم مي¬تواند در هر دو ناحيه¬ي دوربرد و كوتاه¬برد و با استفاده از ادوات با اندازه¬ي نسبتاً كوچك انجام شود. با اين حال سيستم¬هاي انتقال توان بي‌سيم RF با چالش¬هاي اساسي از جمله پايين بودن راندمان مواجه هستند و هنوز در مرحله¬ي تحقيق و توسعه هستند. دست‌يابي به راندمان بيشينه مبتني براصل انتقال توان بيشينه و در واقع اصل تطبيق امپدانس است. اصلي¬ترين بخش سيستم¬هاي انتقال توان بي‌سيم RF, ركتاناها هستند. ركتاناها آنتن يكپارچه شده با مدار يكسوساز هستند. راندمان ركتانا با راندمان آنتن و يكسوساز آن تعيين مي¬شود. از طرفي عنصر اصلي يكسوسازها ديودها هستند. با توجه به اثرات غيرخطي ديودها, امپدانس ورودي يكسوساز با تغييرات توان ورودي تغيير خواهد كرد. بنابراين در اين پايان¬نامه هدف پياده¬سازي روش تطبيق امپدانس وفقي به منظور جبران كاهش راندمان ناشي از عدم تطبيق در اثر تغييرات توان ورودي است. مدار طراحي، بهينه‌سازي و ساخته شده‌است. در نهايت ساختار آنتني‌اي با استفاده از 5 آنتن مايكراستريپ، به منظور دريافت همه‌جهتي انرژي معرفي و شبيه‌سازي شده است. واژه‌هاي كليدي: سيستم‌هاي انتقال توان بي‌سيم، ركتانا، ديود شاتكي، تطبيق امپدانس وفقي.

1395/11/17

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract By the fast development of wireless portable electronic devices in recent years, wireless power transfer system has become one of the most interesting fields of researches; This because of that the replacement o​r recharge of batteries in addition to limits the operation time of such devices, is costly an​d sometimes impossible. Wireless power systems fall into two categories: radiative o​r non-radiative systems. The non-radiative systems are based on the magnetic coupling between two structures an​d can be classified as short-range an​d mid-range applications. These systems are widely developed an​d used in industry today. The most important issue of this method is that, it can transfer energy only over relatively low distances an​d frequencies used are relatively low. On the other hand, radiative wireless power transfer systems use high frequency electromagnetic waves an​d allow both short an​d long range wireless energy transfer by relatively compact devices. However, RF wireless power transfer systems are faced by basic challenges such as low efficiency an​d are still in research step. Access to the maximum efficiency is based on the maximum power transfer an​d in fact based on the impedance matching principle. The most important part of the RF wireless power systems is rectenna. Rectenna is an antenna integrated with the rectifying circuit. The efficiency of rectenna is determined by the efficiency of both the antenna an​d rectifier. On the other hand, the main element of rectifier is diode. Because of the nonlinear effects of diodes, input impedance of rectifier will change by variation of input power. So in this thesis, the goal is implementation of adaptive impedance matching method to compensate the efficiency decrement caused by mismatch due to the variation of input power. The rectifying circuit is designed, optimized an​d built. At the end, in order to receive energy from all direction an antenna structure consists of 5 microstrip antennas, is proposed an​d simulated.