عنوان پایان‌نامه
آنالیز تمام موج ساختارهای سیمی برای انتقال توان بی سیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2362;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60368
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمد محمدی فلاورجانی
- استاد راهنما
- محمود شاه آبادی
- چکیده
- در این پایان نامه، مساله انتقال بی سیم توان در ناحیه میدان نزدیک دو تشدیدکننده مورد بررسی قرار می گیرد. سیستم های انتقال توان برد متوسط، امکان انتقال توان را تا فواصل چند برابر ابعاد تشدیدکننده های فرستنده و گیرنده فراهم می کنند. اصول حاکم بر عملکرد سیستم های انتقال توان برد متوسط، تبیین فرایند طراحی سیستم انتقال توان مبتنی بر روش تزویج تشدیدی و طراحی و ساخت یک نمونه سیستم انتقال توان بی سیم، محورهای اصلی این پایان نامه را تشکیل می دهند. در ابتدا با استفاده از یک مدل مداری به تشریح چگونگی عملکرد سیستم های انتقال توان بی سیم مبتنی بر روش تزویج تشدیدی می پردازیم. بر اساس این مدلسازی، پارامترهای موثر بر عملکرد سیستم، نظیر ضریب تزویج، ضریب کیفیت و مشخصات شبکه های تطبیق امپدانس که همگی در افزایش بازده انتقال توان نقش دارند، معرفی میشوند. نشان خواهیم داد که بازده حداکثر با تطبیق همزمان در ورودی و خروجی به دست می آید. از آنجا که به کارگیری تطبیق همزمان سیستم را پیچیده میکند، روشی برای طراحی سیستم های برد متوسط پیشنهاد شده است. در این روش، تطبیق امپدانس فقط در یک فاصله معین انجام میشود و در فواصل کمتر با تنظیم فرکانس منبع می توان بازده را تقریباً ثابت نگاه داشت. با محاسبه پارامترهای پراکندگی توسط نرم افزار FEKO، بازده انتقال توان بر حسب فاصله انتقال برای سه نوع تشدیدکننده سیمی هلیکس، مارپیچ و حلقه بارگذاری شده با خازن به دست آمده است.نتایج نشان میدهد که سیستم انتقال توان متشکل از تشدیدکننده هلیکس بیشترین برد را دارد. این امر با مقایسه نمودار حاصلضرب ضریب تزویج و ضریب کیفیت یا بر حسب فاصله انتقال برای هر سه تشدیدکننده توجیه میشود. در این پایان نامه این نمودار به عنوان معیار اساسی در انتخاب تشدیدکننده برای سیستم انتقال توان برد متوسط پیشنهاد شده است. به طور خلاصه نشان می دهیم تشدیدکننده ای که در فواصل طولانی تر نسبت به ابعاد خود، بزرگتری دارد برای یک سیستم انتقال توان مناسب تر است. تشدیدکننده های چاپی گروه دیگری از تشدیدکننده ها هستند که به بررسی آنها می پردازیم. این تشدیدکننده ها به دلیل تلف زیرلایه، ضریب کیفیت به مراتب پایین تری نسبت به تشدیدکننده های سیمی دارند. در این راستا اقدام به ساخت یک سیستم انتقال توان بی سیم با تشدیدکننده های مارپیچ چاپی مربعی شکل نموده ایم. با طراحی مناسب شبکه های تطبیق امپدانس، میتوان به بازده بیش از 43% در فاصله 10 سانتیمتری تشدید کننده ها از یکدیگر دست یافت.
- Abstract
- In this thesis, wireless power transfer (WPT) within near-field region of two resonators is investigated. Mid-range WPT systems enable power transfer at distances up to several multiples of the size of the transmitter and receiver resonators. A theoretical analysis, an appropriate design procedure, and fabrication of a WPT system based on resonant inductive coupling method are the main subjects of this thesis. First, using a circuit model analysis, we examine the main parameters influencing on the power transfer efficiency such as coupling coefficient, quality factor, and characteristics of the impedance matching networks. We show that the efficiency is maximized if both input and output are simultaneously conjugately matched. Since realization of simultaneous conjugate matching is difficult in practice, a different method has been proposed in order to design the WPT system. In this method, impedance matching is realized only at a specified distance while for a smaller spacing, the efficiency can be forced to appropriate values by tuning the source frequency. Using scattering parameters (S-parameters) of the two-port system calculated using FEKO, we compute the power transfer efficiency as a function of transmission distance for two types of wire resonators, namely helical and spiral, and for capacitively loaded conducting loops. The results show that the system with helical resonators operates over a larger range due to a greater product, where and are coupling coefficient and quality factor respectively. Note that, in this thesis, diagram has been proposed as a main criterion to choose a resonator for an efficient mid-range WPT system. In summary, we show that the resonator which has a larger product at longer distances compared with its dimensions leads to a more efficient WPT system. Also, we examine another group of resonators, i.e., printed resonators. Commonly, the quality factor of these resonators is less than the quality factor of wire resonators due to substrate losses. In this regard, we have fabricated a full compact and planar WPT system composed of square-shaped printed spiral resonators. The efficiency of more than 43% at a spacing of 10 cm between the two resonators can be achieved if their matching networks are designed properly.
