Моделирование многоэлементных ректенн для приема энергии в диапазоне микроволн

• Автор: Ян Чунь
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ГЛАВА I. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ МИКРОВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
1.1 История и развитие беспроводной передачи энергии
1.2 Проблемы и перспективы солнечной космической энергетики
1.3 Микроволновые системы передачи энергии
1.4 Плотность потока энергии, проблема безопасности
ГЛАВА II. ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В ПЛОСКОСТИ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ
2.1 Введение
2.2 Модель микроволновой передачи энергии
2.3 Результаты моделирования поля излучения для наземной линии передачи
2.4 Плотность микроволнового излучения и эффективность ректенного элемента
2.5 Выводы
ГЛАВА III. НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРИЕМНЫХ РЕКТЕНН С МНОГОДИПОЛЬНЫМИ АНТЕННАМИ
3.1 Введение
3.2 Метод моделирования приемных ректенн с многодипольными антеннами
3.3 Направленность многоэлементных ректенн с полуволновыми диполями
3.4 Изменение направленности многоэлементных ректенн в случае возможных дефектов антенной решетки
3.5 Влияние диэлектрических свойств материала подложки
3.6 Выводы
ГЛАВА IV. НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРИЕМНЫХ РЕКТЕНН С ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗВИТЫМИ АНТЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
4.1 Введение
4.2 Моделирование приемных ректенн с пространственно развитыми антенными элементами
4.3 Направленность многодипольных ректенн с пространственно развитыми антенными элементами
4.4 Сравнительный анализ направленности ректенн с различной конфигурацией антенных элементов
4.5 Влияние взаимного расположения антенных элементов на направленность ректенны
4.6 Выводы
ГЛАВА V. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКОВЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ РЕКТЕНН
5.1 Введение
5.2 Резонансные свойства дисковых микрополосковых ректенн
5.3 Моделирование дисковой микрополосковой антенны для приемной ректенны
5.4 Изменение амплитуды поля на удвоенной частоте при введении щелевых отверстий на поверхности диска
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Диссертационная работа посвящена исследованиям приемных антенных элементов в наземных системах микроволновой передачи энергии методами численного моделирования. Работа выполнена на кафедре радиофизики физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Актуальность темы
Актуальность диссертационной работы связана с растущим интересом к возможности беспроводной передачи энергии с помощью направленного микроволнового излучения для наземных и космических применений. Микроволновый диапазон дает возможность существенно уменьшить размеры передающих и приемных антенн и отличается высоким уровнем эффективности устройств генерации и преобразования энергии электромагнитного излучения. Ряд перспективных проектов микроволновой передачи энергии разрабатываются в США, Японии и ЕС.
Главное требование к микроволновой передаче энергии заключается в достижении высокого КПД при одновременном обеспечении безопасности, экологической чистоты и электромагнитной совместимости передачи энергии. Уровень фонового излучения и боковых лепестков передающих антенных систем должны соответствовать требованиям стандартов безопасности. Для эффективного управления уровнем фонового излучения в крупномасштабных проектах солнечной космической энергетики предполагалось использовать коррекцию и оптимизацию амплитудного и фазового распределений на передающей антенне. Разработка проектов микроволновой передачи с существенно меньшим уровнем мощности, рассчитанных на реализацию в ближайшей перспективе, вызывает необходимость детальных исследований их физических свойств, эффективности и экологической безопасности.

может быть оптимизировано для достижения более высокой эффективности передачи.
На Рис. 2.9 приведены оптимальные распределения амплитуды поля Ел(г) на передающей антенне в зависимости от относительного радиуса г /Ri (Ri = 2,4 м) и значений параметра tau. Здесь же приведены значения эффективности передачи Eff для обеих частот 2,45 ГГц и 5,8 ГГ ц.

Рис. 2.9. Оптимальные распределения амплитуды поля Е4(г) на передающей антенне в зависимости от относительного радиуса г /Rt (Rt2,4 м) и значений параметра tau.
С увеличением параметра tau до значения 1,6 эффективность передачи энергии может возрасти до 91,5%.
Проведенное моделирование показало, что выбор оптимальных параметров микроволновой линии (уровня передаваемой мощности, профиля поля на передающей антенне, параметра tau и др.) дает возможность обеспечить эффективную и экологически безопасную передачу энергии направленным микроволновым лучом.
На рис. 2.10 представлены результаты моделирования плотности мощности микроволн в плоскости приемной антенны в зависимости от радиуса. В центре приемной антенны плотность мощности микроволн