Ασύρματη φόρτιση συσκευής απο πολλαπλές κεραίες σε εσωτερικό χώρο

Abstract

Κατά την εκπόνηση της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, υλοποιήθηκε σε εικονικό περιβάλλον και μελετήθηκε το σύστημα ασύρματης μεταφοράς ενέργειας (WPT) για λειτουργία στη συχνότητα των 2.4 GHz, για τη φόρτιση συσκευών σε εσωτερικούς χώρους.

Ο πομπός που σχεδιάστηκε, αποτελείται από μια συστοιχία μικροταινιακών κεραιών σε συνδυασμό με ένα κύκλωμα συλλογικής τροφοδοσίας και έναν πρωτότυπο μετατοπιστή φάσης. Έχει τη δυνατότητα σάρωσης της δέσμης ακτινοβολίας σε τρεις προδιαγεγραμμένες κατευθύνσεις των 0, +20 και -20 μοιρών, στις οποίες παρουσιάζει κέρδος 10.7 dBi, 10.3 dBi και 10.4 dBi αντίστοιχα. Οι γωνίες των 3 dB είναι 33o σε κάθε περίπτωση, και το μέγιστο επίπεδο των πλευρικών λοβών είναι 17.4 dB, 13.4 dB και 13.1 dB χαμηλότερο από τον κύριο λοβό, αντίστοιχα.

Ο υλοποιημένος δέκτης αποτελείται από μία κεραία τύπου PIFA για τη συλλογή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, και από τον ανορθωτή για τη μετατροπή της ενέργειας σε συνεχή τάση. Η κεραία συλλογής ενέργειας παρουσιάζει κέρδος 1.41 dBi, συντελεστή ανάκλασης S11 χαμηλότερο από -23 dB και εύρος ζώνης περίπου 120 MHz. Ο ανορθωτής είναι σχεδιασμένος για υψηλή απόδοση με χαμηλά επίπεδα ισχύος εισόδου, και για ισχύ εισόδου περίπου ίση με -12.5 dBm δίνει στην έξοδό του τάση περίπου ίση με 400 mV.

Για την περαιτέρω αξιολόγηση της απόδοσης του ανορθωτή, χρησιμοποιήθηκαν ως σήμα εισόδου, ένα πλήθος διαφορετικών πολυτονικών σημάτων. Για όλα τα σήματα που χρησιμοποιήθηκαν η μέση συνολική ισχύς διατηρήθηκε σταθερή, αλλά μεταβαλλόταν το πλήθος των τόνων, η συχνοτική απόσταση και η κατανομή ισχύος μεταξύ των τόνων. Αποδείχτηκε πως αυτές οι αλλαγές στο σήμα εισόδου μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση του ανορθωτή. Πιο συγκεκριμένα, όταν χρησιμοποιήθηκε ένα πολυτονικό σήμα 5 τόνων με συχνοτική απόσταση 9 MHz και μη ομοιόμορφη κατανομή ισχύος μεταξύ των τόνων, ο ανορθωτής εμφάνισε μέγιστη απόδοση περίπου 65%, σε αντίθεση με το απλό μονοτονικό σήμα με το οποίο εμφάνισε μέγιστη απόδοση περίπου 50%.