關(guān)于微波無線輸能關(guān)鍵射頻技術(shù)的探討

袁昆鵬 周濤

摘 要：本文分別從微帶天線圓極化技術(shù)、諧波抑制技術(shù)、微帶相控陣列天線技術(shù)三個方面分析微波無線輸能關(guān)鍵射頻技術(shù)，旨在通過技術(shù)應(yīng)用切實強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用性能，減少能源損耗，提高傳輸效率，予以社會生活更多便利。

關(guān)鍵詞：微波無線輸能;射頻技術(shù);發(fā)射端微波功率源技術(shù)

引言：微波無線輸能關(guān)鍵技術(shù)類別多樣，不僅包括接收端整流天線設(shè)計技術(shù)，而且還有發(fā)射端微波功率源技術(shù)。其中發(fā)射端微波功率源技術(shù)已經(jīng)取得了較為成熟的發(fā)展，而發(fā)射天線自身的應(yīng)用性能與傳輸功率脫不開關(guān)系，想要實現(xiàn)傳輸功率的提高，則需要強(qiáng)化發(fā)射天線自身性能研究，推動微波無線電能傳輸?shù)陌l(fā)展。

1、微帶天線圓極化技術(shù)

伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用和普及，無線傳感網(wǎng)絡(luò)也開始進(jìn)入快速發(fā)展時期，無線電能傳輸技術(shù)也開始朝向更加高質(zhì)量、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。而無線電能傳輸技術(shù)又可以合理劃分為微波輻射式、電磁感應(yīng)式等多種類別。采用微波傳輸?shù)姆绞?，整體輻射距離長、可以靈活調(diào)控傳輸方向，具有多方面的應(yīng)用優(yōu)勢。而本文則從微帶天線出發(fā)，對微帶天線相關(guān)技術(shù)展開了全面的研究和分析，并能夠?qū)夹g(shù)研究情況、相關(guān)理論展開簡要分析。

近些年來，各種各樣的微帶天線開始出現(xiàn)在人們的日常生活中，并廣泛應(yīng)用于環(huán)境測試、衛(wèi)星通信等各個行業(yè)領(lǐng)域。微帶天線自身的極化特性主要用于指代天線于整體最大輻射方向、電場矢量端點進(jìn)行動態(tài)移動的軌跡變化。而隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，圓極化天線也開始得到更加廣泛的應(yīng)用。事實上，純粹理想化的圓極化天線很難存在，一般設(shè)計形成的圓極化天線也更多呈現(xiàn)為橢圓極化的情況，而當(dāng)圓極化波直接入射到平面對稱型面后，也將會促使整個平面出現(xiàn)旋向偏轉(zhuǎn)的情況。一般可以直接通過軸比AR指代圓極化自身特性，用2A指代橢圓長軸、2B為橢圓短軸，對于橢圓軸比則采用分貝計算的方式表示，具體表示為|r|（dB）=20lg|r|=20lg（A/B）?；谖炀€圓極化的實現(xiàn)方式，又可以將其劃分為多種方式，其中應(yīng)用較為廣泛的是便是單饋方式，在具體設(shè)計時，通過引入微擾△s，從而完成輻射正交極化的簡并模工作，進(jìn)而展開圓極化設(shè)計工作。△s一般又可以將其稱之為“簡并分離單元”[1]。單饋電圓極化微帶貼片方式如圖1所示。除了單饋方式，還可以采用雙饋點圓極化方式、多個線極化完成設(shè)計工作。

2、諧波抑制技術(shù)

對于傳統(tǒng)的微帶天線，主要運用諧振型天線的方式完成，整體工作起到一定的諧振作用。事實上，在通信系統(tǒng)中，基于整流二極管的非線性特性，諧波隨處可見，還有部分諧波將會在反射作用下，直接反射回到接收天線，從而完成二次輻射，嚴(yán)重影響天線傳輸效率。通常而言，諧波抑制技術(shù)主要是在饋線、地板等區(qū)域，通過應(yīng)用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)完成整個技術(shù)應(yīng)用過程。主要包括周期性的光子帶隙結(jié)構(gòu)、缺陷地結(jié)構(gòu)、微帶諧振單元。

3、微帶相控陣列天線技術(shù)

通常而言，微帶相控列陣天線技術(shù)電磁波發(fā)射、接收都可以直接通過運用單個微帶貼片天線完成整個技術(shù)應(yīng)用過程。如果一味采用微帶天線單元，自身的增益較低，很難滿足現(xiàn)實生活的要求。而對于許多無線電系統(tǒng)，對于天線系統(tǒng)的增益要求較高，還需要設(shè)備能夠加強(qiáng)自身的聚焦能力、定向性。在此情況下，則可以通過應(yīng)用陣列天線理論，對微帶陣列天線的具體性能指標(biāo)展開設(shè)計和分析。陣列天線基于相應(yīng)規(guī)律，將本身性能相同的振元天線進(jìn)行排列，并通過應(yīng)用電磁波干涉原理，從而促使陣列天線能夠達(dá)成基本的應(yīng)用性能。一般可以直接將微帶陣列天線劃分為兩種類別，第一種微帶陣列天線是采用直線排列方式的陣列天線，第二種微帶陣列天線是將所有陣元排列在同一平面內(nèi)的陣列天線，兩種陣列天線各有特點，但均由陣元天線、饋電網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，饋電形式也會在一定程度上直接影響?zhàn)侂娋W(wǎng)絡(luò)設(shè)計工作、線陣類別和面陣類別。

對于微帶陣列天線饋電方式，為了實現(xiàn)具有特定方向圖的天線設(shè)計工作，需要充分考量陣元幅度、相位信息、饋源端口阻抗匹配問題、設(shè)計復(fù)雜度，而陣列天線饋電方式又可以將其劃分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩個方面。需要注意的是，在個別時候也會應(yīng)用到串并聯(lián)相結(jié)合的饋電方式，但是應(yīng)用情況較少。一方面，串聯(lián)饋電可以直接將各個陣元以串聯(lián)方式進(jìn)行連接和傳輸，當(dāng)技術(shù)人員對串饋陣列天線設(shè)計時，還需要充分考量阻抗匹配情況，促使整個主饋線阻抗能夠和標(biāo)準(zhǔn)電阻相符合，標(biāo)準(zhǔn)電阻為50Ω[2]。當(dāng)整個串饋陣列工作處于行波情況，往往系統(tǒng)帶寬都會更寬一些，但是需要注意的是，串饋陣列行波工作將會在終端負(fù)載吸收相應(yīng)大小的功率，該種饋電方式自身的饋電效率較低。而當(dāng)串饋陣列工作整體處于諧振情況，往往系統(tǒng)帶寬都會更窄一些，當(dāng)頻率發(fā)生變化時，相位也會隨之變換，促使波束指向也會出現(xiàn)差別。采用此方法自身的饋電效率較高，且自身形成雜散輻射較小，在社會生活中取得了較為廣泛的應(yīng)用。另一方面，并聯(lián)饋電往往需要應(yīng)用多個功率分配器，從而完成陣元饋電的功效。需要注意的是，如果出現(xiàn)并饋陣列較小的情況，技術(shù)人員可以直接采用將振元天線、饋電網(wǎng)絡(luò)共面放置的方式，強(qiáng)化系統(tǒng)性能。而如果需要設(shè)計大型并饋陣列，一味采用共面放置的方式，將會促使系統(tǒng)整體占用面積較大，系統(tǒng)性能也會受到嚴(yán)重影響。采用并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的方式，與串聯(lián)饋電方式相比，設(shè)計起來較為簡單方便。各個陣元都處于獨立運行的情況，工作人員可以采用逐級設(shè)計的工作原則，促使陣元能夠達(dá)成基本的功率要求，完成網(wǎng)絡(luò)分配。

如果系統(tǒng)中的各個陣元本身相位都保持相同大小，且陣列天線本身屬于非頻率變化天線的一種，波束指向并不會隨著頻率高低變化產(chǎn)生影響。需要注意的是，如果在具體設(shè)計工作中，陣列設(shè)計面積大，對于功率分配網(wǎng)絡(luò)使用的饋線也就相較較長，促使系統(tǒng)空間占用比也會不斷減小，進(jìn)一步降低系統(tǒng)饋電效率。

結(jié)論：綜上所述，對微波無線輸能關(guān)鍵射頻技術(shù)展開分析具有至關(guān)重要的意義。通過研究微帶天線圓極化技術(shù)、諧波抑制技術(shù)、微帶相控陣列天線技術(shù)，研究技術(shù)要點，改進(jìn)設(shè)計和應(yīng)用，能夠在一定程度上強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用效能，今后也應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)技術(shù)研究，切實提高技術(shù)應(yīng)用效果和傳輸效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋煒，張淮清，肖輝，等.一種微波輸能的高效二極管陣列整流電路設(shè)計與分析[J].空間電子技術(shù)，2020，17（02）：33-38.

[2]程曉潔，盧毅，彭革新.一種適用于微波無線輸能系統(tǒng)的自聚焦控制算法優(yōu)化實現(xiàn)[J].移動通信，2018，42（09）：73-79.

作者簡介：

袁昆鵬，（1994-），男，安徽宿州人，本科，助理工程師，電磁場與微波技術(shù)方向。