一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统技术方案

本发明专利技术提出了一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，包括发射端和接收端，发射端包括功率源、环形器、第一双波段天线及控制器，接收端包括第二双波段天线、整流器及自动调控二次谐波反馈电路；整流器包括匹配电路、肖特基二极管、滤波电容及负载电阻；自动调控二次谐波反馈电路包括电压比较器、参考电压、晶体管、开关及四分之一波长短路支节。整流器输出电压随功率源增加而增加，当输出电压大于V

【技术实现步骤摘要】
一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统


[0001]本专利技术涉及一种无线功率传输系统，特别涉及一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统。

技术介绍

[0002]无线功率传输技术为无线传感网络快速发展提供了有力保障。常见无线功率传输系统如图1所示，主要包括高增益发射、接收天线及功率源、整流器等，实现发射、接收端高效率无线功率传输目的。然而，当发射、接收端距离(d)变化时，难以保证在功率源激励发射天线条件下，满足整流器最佳整流效率的输入功率需求。因此，亟需通过某种反馈机制(例如二次谐波反馈)动态调控功率源输出基波频率(V
ωo
)信号，自适应发射、接收天线间距离的变化，维持整流器最佳输入功率及整流效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是提供一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，包括发射端和接收端；发射端由功率源、环形器、双波段天线A及控制器构成。接收端由双波段天线B、整流器及自动调控二次谐波反馈电路构成；整流器由匹配电路(L
m
、C
m
)、肖特基二极管(D0)、滤波电容(C
L
)及负载电阻(R
L
)构成；自动调控二次谐波反馈电路由电压比较器(COMP)、参考电压(V
REF
)、P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)、常关型单刀单掷开关(Always
‑
OFF SPST)及四分之一波长短路支节构成。所述环形器端口1接功率源输出端，端口2接双波段天线A，端口3接控制器；所述控制器分别接环形器端口3、功率源偏置端口；所述功率源输出端接环形器端口1，偏置端口接控制器；所述整流器匹配电路(L
m
、C
m
)中C
m
一端接双波段天线B，另一端接L
m
、肖特基二极管(D0)正极；所述整流器匹配电路(L
m
、C
m
)中L
m
一端接地，另一端接C
m
、肖特基二极管(D0)正极；所述整流器肖特基二极管(D0)正极接匹配电路(L
m
、C
m
)，负极接滤波电容(C
L
)、负载电阻(R
L
)；所述滤波电容(C
L
)一端接地，另一端接R
L
、肖特基二极管(D0)负极；所述负载电阻(R
L
)一端接地，另一端接C
L
、肖特基二极管(D0)负极；所述自动调控二次谐波反馈电路的电压比较器(COMP)负极输入端接负载电阻(R
L
)输出端，电压比较器(COMP)正极输入端接参考电压(V
REF
)正极，电压比较器(COMP)输出端接PMOS晶体管栅极；所述参考电压(V
REF
)正极接电压比较器(COMP)正极输入端，V
REF
负极接地；所述P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)栅极接电压比较器(COMP)输出端，PMOS漏极接负载电阻(R
L
)输出端，PMOS源极接SPST偏置端；所述SPST偏置端接PMOS晶体管源极，SPST射频输入端接匹配电路(L
m
、C
m
)连接处，SPST射频输出端接四分之一波长短路支节构成；所述四分之一波长短路支节一端接SPST输出端，四分之一波长短路支节另一端接地。
[0004]一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，其特征在于解决发射、接收天线间距离(d)变化而导致整流器接收功率及整流效率恶化问题，维持整流器最佳输入功率及整流效率。在具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统中，直流偏置电压(V
dc
)与功率源输出基波频率信号(V
ωo
)、基波频率功率(P
ωo
)、整流器输出直流电压(V
o
)及二次谐波
频率功率(P
2ωo
)具有一一对应单调递增相关性，即V
dc_n
与P
ωo_n
、V
o_n
及P
2ωo
(n＝1，2，3
…
n表示控制器扫描V
dc
次数)一一对应。因此，控制V
dc
可实现功率源输出基波频率功率(P
ωo
)、整流器输出直流电压(V
o
)及二次谐波频率功率(P
2ωo
)的调节控制。当V
o
小于参考电压(V
REF
)时，电压比较器(COMP)控制PMOS源、漏极关闭，SPST关闭，四分之一波长短路支节开路作用于匹配电路(L
m
、C
m
)连接处，二次谐波频率功率(P
2ωo
)通过双波段天线B反馈双波段天线A，并传输二次谐波频率信号(V
2ωo
)至控制器，控制器递增直流偏置电压(V
dc
)。当V
o
大于/等于参考电压(V
REF
)时，电压比较器(COMP)控制PMOS源、漏极导通，V
o
直接作用于SPST偏置端，SPST开启，四分之一波长短路支节连接于L
m
、C
m
交点，因四分之一波长短路支节对二次谐波频率信号(V
2ωo
)短路反射，对基波频率信号(V
ωo
)开路作用，二次谐波频率信号(V
2ωo
)被抑制并再次进入肖特基二极管(D0)，双波段天线A不再接收到二次谐波频率信号(V
2ωo
)反馈，控制器维持直流偏置电压(V
dc
)，实现一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统。
[0005]包括以下步骤：
[0006]步骤1)：控制器初始化直流偏置电压(V
dc_1
)，功率源输出基波频率信号(V
ωo
)，相应基波频率功率(P
ωo
)经环形器传输至双波段天线A；双波段天线B接收基波频率信号(V
ωo
)，激励整流器产生直流电压(V
o_1
)、二次谐波频率信号(V
2ωo
)；直流电压(V
o_1
)经滤波电容(C
L
)传输至负载电阻(R
L
)端；直流电压(V
o_1
)传输至电压比较器(COMP)负极输入端；因四分之一波长短路支节开路作用于匹配电路(L
m
、C
m
)连接处，二次谐波频率功率(P
2ωo_1
)经滤波电容(C
L
)反射至双波段天线B，实现二次谐波频率功率(P
2ωo_1
)反馈；双波段天线A接收二次谐波频率功率(P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，其特征在于，所述系统包括发射端和接收端；所述发射端由功率源、环形器、双波段天线A及控制器构成；所述环形器端口1接功率源输出端，端口2接双波段天线A，端口3接；所述控制器分别接环形器端口3、功率源偏置端口；所述功率源输出端接环形器端口1，偏置端口接控制器；所述接收端由双波段天线B、整流器及自动调控二次谐波反馈电路构成；所述整流器由匹配电路(L
m
、C
m
)、肖特基二极管(D0)、滤波电容(C
L
)及负载电阻(R
L
)构成；所述整流器匹配电路(L
m
、C
m
)中C
m
一端接双波段天线B，另一端接L
m
、肖特基二极管(D0)正极；所述整流器匹配电路(L
m
、C
m
)中L
m
一端接地，另一端接C
m
、肖特基二极管(D0)正极；所述整流器肖特基二极管(D0)正极接匹配电路(L
m
、C
m
)，负极接滤波电容(C
L
)、负载电阻(R
L
)；所述自动调控二次谐波反馈电路的电压比较器(COMP)负极输入端接负载电阻(R
L
)输出端，电压比较器(COMP)正极输入端接参考电压(V
REF
)正极，电压比较器(COMP)输出端接PMOS晶体管栅极。2.根据权利要求1所述的一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，其特征在于，自动调控二次谐波反馈电路由电压比较器(COMP)、参考电压(V
REF
)、P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)、常关型单刀单掷开关及四分之一波长短路支节构成。3.根据权利要求1所述的一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，其特征在于，所述滤波电容(C
L
)一端接地，另一端接负载电阻(R
L
)、肖特基二极管(D0)负极；所述负载电阻(R
L
)一端接地，另一端接滤波电容(C
L
)、肖特基二极管(D0)负极。4.根据权利要求1所述的一种具有自动调控二次谐波反馈无线功率传输系统，其特征在于，所述参考电压(V
REF
)正极接电压比较器(COMP)正极输入端，参考电压(V
REF
)负极接地；P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)栅极接电压比较器(COMP)输出端，PMOS漏极接负载电阻(R
L
)输出端，PMOS源极接常关型单刀单掷开关偏置端；所述常关型单刀单掷开关偏置端接PMOS晶体管源极，常关型单刀单掷开关射频输入端接匹配电路(L
m
、C
m
)连接处，常关型单刀单掷开关射频输出端接四分之一波长短路支节构成；所述四分之一波长短路支节一端接常关型单刀单掷开关输出端，四分之一波长短路支节另一端接地。5.根据权利要求1所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，高丽鹏，
申请(专利权)人：西北工业大学太仓长三角研究院，
类型：发明
国别省市：