Luận văn nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất hệ thống truyền dẫn năng lượng không dây chế tạo thử nghiệm hệ truyền dẫn công suất 100w khoảng cách 20m

Ứng dụng công nghệ Truyền năng lượng không dây truyền tải điện năng Để có thế đâm bão an ninh nắng lượng lâu đải cho loài người, từ nhiều thập kỹ nay các nhủ khoa học đã và đang tập trun

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCTI KIIOA HÀ NỘI

HOA XUAN TRUONG

NGIIÊN CỨU GIẢI PHÁP NANG CAO INEU SUAT IDE THÓNG

TRUYÊN DẪN NĂNG LUONG KHONG DAY

CIIÉ TẠO THỬ NGIHỆM IIỆ TRUYỀN DẪN CÔNG SUÁT 100W

KHOẢNG CÁCH 20M

Chuyên ngành: Kỹ thuật Truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DÁN KHOA HỌC

Hã Nội — Năm 2014

LOT CAM DOAN

Tôi xin ca đoạn luận văn Thạo sỹ này do chính tôi nghiên cứu và thục hiện Các

thông tin số liệu trong, luận văn là hoàn toán trung thực, chính xác và có nguồn gốc rõ

rang

Tloc vién

Toa Xuan Truong

Trang |

Tir vide tit

DANE MUC CHU VIET TAT

“truyền năng lượng khỏng day

WIP Wireless Power ‘Transmission

Gro Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh

SPS Solar Power Satellite Vệ tịnh năng lượng mặt trời

EiRE Equivalent Isotropically Radiated | Công suât bức xạ tương đương đắng

DANH MUC HINH VE

Hinh 1.1: Nạp điện bằng nhương pháp truyền điện nâng không dây cho xe ô fô 12

Hình L2: Phân chín vùng trưởng gẦn, trường xa theo kích thước bước sớng 15 Hình 1.3; Truyền năng lượng không dây theo nguyên lý cảm ứng từ

Hình L4: Truyền năng lượng công suâi không đây ưrường gắn nhờ cảm ứng điện lừ 19

Hình 1.5: Hiện tượng cộng hưởng cảm mg 20

Trình 1.6: Sơ đồ khối của hệ thông truyền điện không dây irrờng gần theo nguyên lý

Tlinh 1.12: Tương quan giữa hiệu suất truyền và giá trị tham số z 29

Hình 1.13: Trình hày kết quả mô hình trụ dẫn sóng 1D (đăng ông) cho hệ thỗng truyền năng lượng không đây vớt hinh anh 2D (a) và hinh ảnh 3D (b) có chứa một số tinh

Hình [1496 thi phutmg turing bite xa cla mang 8x8 phan te 38

Hình 1.15: Miễn Fresnel thứ nhất - series 3E

Hình 2.2: Ăng ten mach dai nhin từ mặt bên " 40

Hình 2.3: Khe bite xa Ang ten mạch đãi - -

Hình 2.4 Tiếp điện cho ăng len mạch dai - 42

Hình 2.6: Chỉ tiết ãng ten Palch mạch đãi hình chữ nhật 45

Hình 2.9: Cửa số hình ảnh 3Ð chương trình mô phỏng 5

Hình 2.10: Dỗ thị biểu diễn sự tổn hao theo tần số ( tham số S1 1) „51 Hình 2.11: Đồ thị hương hưởng bức xạ l¿ và 1[ tại góc Ø=0° và 82

Hinh 2.15: Dạng hình học của mảng tuyển tỉnh và mảng hai chiều (a,b) 58 1ình 2.16: Hệ thống mảng 2 chiễn - - .6] Hình 2.17: Sắp xếp mảng 4x4, 1ó phân tử à sosccssrrreerreee BE Hinh 2.18: Chia céng swat kiéu T - Junction 63

Hình 2.19: Điểm tên cửa mạch đất và sơ đỗ lương đương, 65 Hình 2.20: Ban chat phương pháp và sảu cầu hình khác nhau cho bử thay đổi do điểm uén cong vuêng góc, W là chiêu rệng của mạch đãi - 65

Hình 2.21: Các kiểu bù giản đoạn trong T-Junctiơn và giảm thiểu táo = dona điểm tên

lâm thay đổi dường truyền

11ình 2.22: Chúa công suât kiểu 'T - Jmefion sau khi tính toán bù các điểm uốn 67

Hình 2.23: Mạng cấp nguồn cho mảng 16 phân tử ẵng ten mạch đải 68 Hình 2.24: Cửa số mô phỏng mảng ăng ten 16 phần tử trên HF88 13

Tình 3.7: Khôi tiễn khuếch đại công suất

Hình 3.11: Ma trận tán xa 8

Hình 3.12: Sơ đỗ cần lạo thự ủa ñng len phải - ce BT

Hình 3.13: Trở kháng Z, phần bỗ theo chiêu đọc ( L } của Pafch

Tinh 3 14: Tinh anh mang ang fen 16 phần tử chế tao, ( a }mặt trước là xắp xếp các

phần lữ bức xạ, ( b } mặt sau là rạng chúa nguồn đến các phẩn tử trơng mảng, 89

Hình 3.15 : Tiển hành đo đạc thông số mảng ăng ten sau khi đã hoàn thành 90

TTỉnh 3.16 : TIệ số phản xạ SI] cia mang - - 90

Hình 3.17: Hệ số sóng đứng của mmôãng àseeeeeeereeraseraeesoee BE

Trang 5

Bảng số liệu áp đụng thiểt kế ăng tơn

Bảng số liệu môi palch ăng len mạch dế 2,45 GHE ceceeuee Bang ling hop than sé S11

Các giá trị cain dé thidt ké mang cdp nguaw cc ececccccsceesesseseseseeseesee

"Thông số điện trỡ ( ResistOTS ) 22 2252021221111 mereree

Integrated Circuils / Transistors

"Thông số kỹ thruật khỏi công suất

co SỐ LÝ THUY tT TRUYTN NANG LUGNG KHÔNG DẦY VÀ GIẢI PHÁP NÂNG

LL, GIOI THIEU VE TRUYEN NANG LUONG KHONG DAY 1

1.12 Một số mốc lịch sử phát triển chinh cúa Tuyển năng lượng +hông dây sử dụng

1.1.3 Ứng dụng của cong nigh truyền năng lượng không dầy 12

L131 Ngp điên không cần 8 cắm cho các tết bị chay điện có dự rữ năng lượng „12 1.1.3.2 Ứng đựng công nghệ ''ruyền năng lượng không dây truyền tái điên năng, 13

12 CƠ SỐ LÝ THUYẾT VẺ TRUYỀN DAN NANG LƯỢNG KHÔNG DÃY l4

1.2.1 Khải niệm trường gần, trường xa - - ld 1.2.2 Mội số đặc tính truyền sóng Irang nriền trường gần và trường xa 15 1.2.3 Cơ sở lý thuyết cúa kỹ thuật Truyền năng lượng không đây trường gần 17 1.2.3.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ co dT

1.2.3.2 Truyền năng lượng không dây theo phương pháp cám ủng điện tử seve LT

1.2.3.3 Truyần năng lượng bằng phuong phap cam tng điện từ 18 1.2.3.4 Nguyên lý cảm ứng điện từ công hưởng - 19

1.2.4, Co sở lý thuyết cúa kỹ thuật truyện công suất at không dây sử dụng chủm bia vi ba

1.3 GIẢI PHAP NANG CAO HIEU SUAT TRUYEN _—

1.3.1 Công thức truyền sóng trong Không giants do 23

1.3.2 Bài toàn Truyền nũng lượng không ity crn) từ vũ trụ về trái đất tàng phong

2.1.1 Cầu trúc vá đặc tính cơ bàn cúa một phần tử cHaHahan 2.1.1.1 Khái niệm ảng ten mạch đãi (Micro Spline Ang te tenna - MS JSA) 30

2.1.1.2 Bài toán thiết kế một thần tử của mâng äng tcn mạch đải chơ hệ thông chát

2.2 THIET Ki MANG ITAI CHIEU (ANG TEN) MẠCH DẢI l6 PHÄN vais ¬

LAP RAP THU NGHIEM PHAN THIET B] PHAT VI BA CHO CÔNG SUÁT 20 W VỚI

3.1.1 Nguyễn lý cầu tạo máy phát công suất chùm tia vi ba sac TẢ 3.1.1.1 Khối đao động chú sóng 2,45 GHz, à soi ke

3.113 Khỏi tiễn khuếch đại công suất

3.1.1.4 Khôi công suất Hee

3.2 ẨNG TEN PHÁT - MẢNG ẨNG TEN PHẲNG HAI GITỀU MACIT DẬT 16 PIẨN

LỜI MỞ ĐÁU

Thể kỷ 21 sẽ chứng kiến cuộc cách mạng về năng hượng: Năng lượng đưới đạng,

tióa thạch như đầu mỏ, than đá sẽ cạn kiệt và con người buộc phải tìm cách khai thác

những nguồn năng lượng khác dẻ bảo đảm an minh năng lượng, Một trong những hướng, nghiên cứu đó là khai thác nguễn năng lượng mặt trời, truyền từ vũ trụ về mặt đất bằng,

cae phucmg phap v6 iuyén - Wircloss Power Transmission

Theo Hiệp hội Vũ trạ Quốc tế, năng lượng mặt trời là giải pháp năng lượng đải

hạn tiêm năng cho thê giới Các nhà khoa học dự định hàng chục “

é tinh” thu ning

lượng mặt trời trên quỷ dạo địa tình Các “vệ tĩnh” này khỏng phải vệ tỉnh thông tin mà

có vai trỏ như tắm pin mặt trời rộng vải kilômét và có thể thu ánh sảng mặt trời tới 24 giờ mỗi ngày Sau đó, năng lượng được biển đối sang séng siêu cao tân hoc LASER với công suất cao (cỡ GW đến TW) rồi truyền về trải đất, cuối củng là chuyển sang dạng,

điện năng, đưa đến nơi sử đụng Trong truyền dẫn năng lượng, hiệu suât truyền là một

trong những tiêu chỉ quan trọng nhất Trong luận vẫn này Lôi nghiên cứu nông cao hiệu suất truyền dẫn năng lượng bằng phương pháp sử dụng chùm tia viba tại tần số 2,45GHz Luận văn gồm ba chương:

Chương 1: Khái quất cơ sở lý thuyết về truyền năng lượng không day

Chương 2: thiết kế mắng ãng ten phat 16 phân tử của hệ truyền công suất vi ba, tân số

2.45MH+z

Chương 3: Chế tạo thử nghiệm phản thiết bị phát vi ba cho công suất 20W với măng ang ten phat 16 chan ui

Trang 9

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYEN NANG LUONG KIIONG DAY

VA GIAL PHAP NANG CAO HIEU SUAT TRUYEN

1.1 GIGI THIRU VE TRUYEN NANG LUGNG KHONG DAY

1.1.1 Giới thiệu chung

Truyền năng lượng không đây hay truyện năng lượng không dây, WDT - (Wireless Power Transnission) là quá trình truyền năng lượng theo một hướng từ một nguồn năng, lượng đến một tải tiêu thụ mà không cần dây dẫn Có thể chia lĩnh vục truyền năng lượng

không dây ra hai nhóm lớn

©_ Truyều năng lượng không dây dùng phương pháp cảm ứng diện từ Trong phương,

pháp này người ta sử dụng ghép hỗ căm (biển áp), sử đựng cảm ứng điện từ hay,

câm ứng điện Lử công lướng Cự ly truyền công suất ngắn, ở vững trường gần, cự

ly thực tế thường là vải chục em đến cỡ hàng chục mét Phương pháp này dang, được phát triển rất mạnh và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nạp

diện cho diện thoại di động , cho máy tính PC, TV không dây và nạp diền cho các

thiết bị lớn hơn, tương lai sẽ có thể nạp điện cho ôtô, tầu điện và các phương tiện giao thông có công suất lớn

© Truyền năng lượng không đây sử dụng chùm tia vỉ ba hoặc tia lađe, có thể truyền khoáng cách xa, từ cỡ một vải km đền hang hang km giữa điểm đến điểm hoặc từ

cáo quỹ đạo thập (LEO), quỹ đạo trung (ME) vả từ quỹ đạo địa tĩnh (GEO) về

mặt đất, Trong hưởng nảy người ta thưởng sử dụng công nghé chum tia (power beam technology) để truyền công suất cao, từ hàng trăm Watt đến MW, GW Ứng dụng của phương pháp này sẽ rất rông lớn, từ việc truyền công suất lớn gifta hai điểm hoặc từ các quỹ dạo LEO, MEO, GEO vẻ mặt đặt va dae biệt có thể ứng

đụng để chẻ tạo ra các loại vũ khí mới: vũ khi chủm tỉa đã đang phát triển rất rồng,

Trang 10

rai hién nay, nó đã dang làm thay đối nhiêu quan niém vé muc dich chign tranh

thee kiéu truy

-1894: Tesla đã Truyền năng lượng không dây bằng phương pháp cảm ứng điện từ

để thắp sáng các đèn dây tóc tại phòng thí nghiệm

-1904: Tại hội chợ thế giới SLLouis, một giải thưởng đã được trao tặng cho một

kết quã nghiên cứu ứng dụng thành công Truyền nắng lượng không dây qua không gian cho mơto bay với công suất 0,1 mã lực (75W) dạt khoảng, cách truyền khoảng 30m

-196t: William Œ Brown công bỏ bài báo về phát triển kh năng Truyền năng lượng không dãy bằng chủm tia vi ba Đây là một mốc quan trong ciia WPT

-1964: Willian C Brown trinh dign báo cáo én CBS News md hinh may bay rực

Thăng thu công suất từ chùm tia vi ba đủ đẻ nạp năng lượng đẻ có thể bay tiếp Tử năm

1969 đến nău 1975 Brown là giám đốc kỹ thuật của chương trình TPL, Raytheon, ở đô

dã phỏng thành công chùm tia công suất 30KW qua một khoảng cách 1 bải lý với hiệu

suất đạt 849

-1968: Peter Glaser để xuất Truyền năng luợng không dây thu nhận từ Mặt Trời sử

dụng công nghệ chùm tia công suất Dây được coi là thành công đầu tiền miêu tả về vệ

tình nắng lượng mặt rời (Solar Power Satclhic-SPS)

-1975: Liên hợp truyền thỏng vũ trụ Gelđstone thực hiện các thí nghiệm truyền

không dãy tới hàng chuc KW

-2001: Công ty Splashpower ở Anh đã sử dụng các cuộn dây công huổng trong một

mặt phẳng để truyền hàng chục oát ( Watt) vao cae thiét bị gia dụng khác nhau bao gồm

cã đèn, điện thoại di động, PDA, v.v

Trang 11

~2008: Hãng Intel lặp lại các thí nghiệm góc của Tesla vào năm 1894 và của nhóm Prof John Boys trong năm 1988 bằng cách cap điện không dây cho một bóng đèn ở khoảng cách gần với hiệu suất đạt 75%

1.1.3 Ứng dụng của công nghệ truyền năng lượng không dây

1.1.3.1 Nạp điện không cần ỗ cắm cho các thiết bị chạy điện có dự trữ năng

lượng

Hiện nay, công nghệ sạc pin không dây cho điện thoại hay laptop ở khoảng cách

gan đã được hiện thực hóa với nhiều hãng điện tử công nghệ hang đầu thế giới Hiện nay

công nghệ sạc không dây đã bắt đầu sử dụng công nghệ công hưởng điện từ Công nghệ

cho phép dòng điện được truyền đi từ một bộ phát đến nhiều thiết bị tiếp nhận trong

khoảng cach vải mét ma không quan trọng đến vị trí xép đặt

Công nghệ Truyền năng lượng không dây cũng đã được thử nghiệm áp dụng

cho việc sạc điện cho xe bus tại Đức

Wireless Power Transmission

Vehicle Remote Charge

Hình 1.1: Nạp điện bằng phương pháp truyền điện năng không dây cho xe ô tô

Khu vực nhà điều hảnh vận tải Đức Rhein-Neckar-Verkehr GmbH(RNV) đang

thực hiện một dự án thí điềm kiểm tra tính khả thi của công nghệ không dây sạc ắc quy

của xe bus điện Hai xe bus được trang bị công nghệ sạc cảm ứng, cho phép xe được sạc

Trang 12

kháng đây khi họ đón và trả hành khách tại các điểm đừng xe bus dọc tuyển đường nội

thành số 63 tại Mannheim Đức Công nghệ nảy giúp xe không phải mang theo một bộ

áo quy thật to trong khi vẫn cho phép nó chạy được một quãng đường đài (Tinh L1)

Ứng dựng cõng nghệ Truyền năng lượng không dây trong y học hiện đại, Truyền

1iảng lượng không đây vào co thé: cudc cach mang mdi cho thiết bị y tế cây ghép,

“Mới đây, mội nhóm c

ok str Lai dai hoe Stanford (Hoa Kỷ) đã chứng tổ khả năng Truyền năng lượng không dây bằng sóng võ tuyên tử bên ngoài vào cho một thiết bị y tê rất nhỏ bán kinh khoảng 0.8mm được cây ghép trong tim người bệnh Theo nghiên cửu,

độ âu thâm nhập của năng lượng không dây có thể lên dến 5cm bên dưới lỏng ngực cơ

thể Dược xuất bản trên tạp chi Applied Physics Leders bởi Ada Poon, mét gido su v8

+ỹ thuật điện tại Stanford, cùng với bai nghiên cứu sinh oủa mình, nghiên cứu hứa hẹn

xuở ra một hưởng mới trong cung, cấp năng lượng cho các thiết bi y té cay ghép trong co thê với tụ điểm vượt trội so với phương pháp ding pin truyền thẳng cả về kích thước

thiết bị, mức độ đơu giản, và sự thuận tiện: Nhôm nghiền cứu tín tưởng rắng những thiết

bị được ứng dụng có thể sẽ bao gồm cả các thiết bị nội soi có thể nuốt (pillcam), các may

điêu hòa nhịp tim (paoemaker) hoạt động trọn đời, hay cáo bộ kích thích não (brain

stimulator),

1.1.3.2 Ứng dụng công nghệ Truyền năng lượng không dây truyền tải điện năng

Để có thế đâm bão an ninh nắng lượng lâu đải cho loài người, từ nhiều thập kỹ nay các nhủ khoa học đã và đang tập trung tim kiếm các nguồn năng lượng mới, trong, đỏ có

nguồn năng lượng mặt trời truyền không đây từ vũ trụ về mặt đất bằng công nghé chim

tìa vì la và laser công suất cao Trong vũ trụ (ví dụ trên quỹ đạo địa tĩnh-GEO), ánh sảng xuặt trời có gần như quanh năm, mật dộ năng lượng mặt trời dạt cỡ 1340 Wán”, lớn gấp gần 8 lần so với năng lượng trưng trình trên mặt đât Lượng năng lượng này côn lớn hơn rất nhiều lần so với số lượng năng lượng cả trải dất đùng trong Ì năm Vì vậy, biến doi năng lượng mặt trời sang dạng chùm tia vĩ ba hoặc laser với công suất cao (cỡ GW đến

chuyển sang dạng diện năng, đưa dễn nơi sử dụng dược coi lả giải pháp có tỉnh khả thú

Trang 13

nhật, đâm bảo an ninh năng lượng lâu đài cho loài người Các nhà khoa học cũng đặt

mục tiêu phân đầu dạt hiệu suất chuyển dỗi năng lượng tử năng lượng mặt trời ngoài vũ trụ thành điện năng trên S0% Nếu việc này được thực hiện thành công thì đây sẽ là một

cột mốc lịch sử đánh dầu sự thay đổi cả về công nghệ lẫn cũ sở lạ tầng của hệ thống năng lượng trên thế giới Lrong luận văn nảy tác giả nghiên cửu nâng cao hiệu suất truyền dẫn năng lượng bằng phương pháp sử dựng chtm tia viba tai tan sé 2,45GHz

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÉ TRUY

ONG KHONG DAY

1.2.1 Khái niệm trường gần, trường xa

Trong thông tin vô tuyển, do kích thuớc ăng len D thường rất nhỗ so với khoảng, cach thu phát nên ta thường quy định trường sân lả khu vực gần ăng ten phát, khoảng cach

R nhỏ hem hoặc chỉ bằng cờ bước sóng, 4, còn trường xa lả khu vực có khoảng cách đến

ăng len phát lớn hơn rất nhiều so với bước sóng,

Tuy nhiên trong trường hep ang ten có kích thước rất lớn hơn so với bước sóng , như trường hợp tuyển năng lượng mặt trời từ quỹ đạo địa tĩnh về trái đất,

"Trường gắn — Near Field Trưởng xs - Far Field

¡ §+ dung truyền { Sử dụng tuyên

Hình 1.2: Phân chia vùng trường gẵn, trường xa theo kích thước bước sóng

1.2.3 Một số đặc tính truyền sóng trong miễn trưởng gần vả trường xa

Sóng điện từ bao gồm thành phản điện trưởng F và từ trường HH, tùy theo đặc tính xôi trường chúng có thể mang một số đặc tỉnh khác nhau

Trong miễn trường gần

Mỗi quan hệ giữa E và H rất phức tạp, sớng có thể phân cực đồng thời theo nhiền cach tai cing một vị trí không gian Trường điện từ trong miễn trường gan déu la ham

của bước sóng hoặc khoảng cách

- Miễn trường gần tương tác (reactive) hoặc không phát xạ (non- radiactive) Trong miễn này mdi quan hệ giữa R và H rất phức tạp, từng thành phần (F và H) có thể nổi trội trong mỗi diễm, các mỗi tương quan trái chiều cũng có thể xây ra trong vùng,

trường gân Do vậy rất khó hoặc không thể xác định chính xác mật độ bức xạ, khi tính

Trang 15

bức xạ không những cần biết độ lớn của E, H ma cén cn biết pha của chủng, Trong

miễn nảy trường diện từ không chi cỏ xu hưởng tuyền phát hưởng ra phia vùng trường,

xa phía bên ngoài, ma cén có thành phần phân ứng đổi với sóng điện từ, nghĩa là ban chất của trường bao quanh anplen là có tỉnh rất nhậy cảm và có tương lắc Sóng cũng bị

“hấp thụ trong miễn này Ở gần angten, một phần năng lượng có thể truyền qua - lại và lim trữ tại miễn gân bể mặt angten Phan năng lượng này được truyền qua lại từ bễ mặt

angien Loi ving trường gắn phản ứng bởi bức xạ điện từ với ác hiệu ứng tĩnh từ và tĩnh

diện biến đổi mét cach rat chim Do cỏ một phân năng lượng lưu trủ và địch chuyển qua lại, và nếu như một trong hai hiệu ứng cảm ứng từ hoặc cảm ứng tĩnh điện trong miễn trưởng gần phan ứng truyền dược nắng lượng cho các điện tử trong vật dẫn của angten, thị phần năng lượng nảy sẽ bị suy hao mắt mát

- Aiễn trường sẵn bức xạ (miễn Fresnel): Trong miễn này do có khoáng, cách hơi

xa tính từ bẻ mặt angten, nên sự liên kết ngược của các thành phản trường với nguồn

phái bị hạn chế và đo vậy sự lưu trữ một phân năng lượng biển đổi qua lại giữa các hiện wing cảm ứng tử và cảm ứng điện cũng hạn chế Năng lượng trong miễn trưởng gần Eresnel hoản toàn là năng lượng bức xa mặc dau đặc tính cửa điện trường E vả từ trường,

TH vẫn rát khác so với miền trường xa Moi quan hệ giữa E và H cũng chưa miêu lâ dược

tưởng minh

Trang miẪn trưởng xu

Mỗi quan hệ giữa E và H mang đặc lính sóng phân cực (phân cực thẳng đứng, ngang, tròn, elips) truyền tự đo, ở đó lý và L1 có mối quan hệ chặt chế và luôn đi cùng nhau, tại mọi thời điếm, mọi vị trí trong không gian Trong miễn trường xa (Far field)

Néu stt dung C van tốc ảnh sáng trong chin khéng la 3x 108 mv/s thi:

2;¡ #1207 377Q

1.3.3 Cơ sử lý thuyết của kỹ thuật Truyền năng lượng không dây trường gần

1.2.3.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ

Theo dinh luat Faraday vẻ hiện tượng căm ứng điện từ, mỗi khi từ thông qua một mạch điện biến thiên thi trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng Xiếu mạch là

mt day dix kin, thi trong ruạch sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, Suất diện dộng cảm ứng

sẽ xuất hiện trong hai trưởng hợp: hoặc là mạch đứng yên trong một từ trưởng biên thiên,

hoặc là mạch chuyên động trong từ trưởng

Định luật trên có thể biểu diễn thông qua dịnh lượng:

- #Л

Trang đó: I_# là điện trường cảm ứng

+ đã là một phân lử vô cùng bé của vòng kim + đdw/đtla biến thiên từ thông qua vòng dây

Dé lớn của đòng điện cảm ứng phụ thuộc vào tốc độ biển thiên của từ trường và

chiêu của dòng điện phụ thuộc vào độ lăng hay giảm của lừ trưởng đó

1.2.3.2 Truyền năng lượng không dây theo phương pháp cảm ứng điện từ

Truyền năng lượng thực hiện bởi liên kết cảm ứng từ đỏ chính là cảm ứng lương

hỗ từ trong một biến thê điện Dây là một ví dụ đơn giản về truyền năng lượng không dây được ding sóm nhật Ở đây các mạch điện sơ cấp và thủ cấp không trục tiếp nếi với nhau Nhược điểm chính của cách này là khoảng cách tuyển rái ngắn Hai cuộn dây sơ cấp và thử cấp ở sát ngay bên nhau, hoặc lỏng vào nhau Hình 1.3 là sơ đồ mạch điện của một

tiến thể có hệ số cảm ứng từ là M

Trang 17

Tình 1.3: Truyền năng lượng không dây theo nguyén Ip cdm ing tk

Cảm ứng từ tương hỗ sẽ xuất hiện khi cỏ sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây, khi

đỏ sẽ có điện thế cảm ứng trong cuộn đây bên cạnh Dây là cơ chế là việc quan trọng của

biển thế Hệ số cảm ung M có giá trị giữa Ì và Ô, nó có giả trị được tính bằng công thức

sau:

ở đó k là hệ số hỗ cảm, L1 là độ tự câm của cuộn sơ cấp và I.2 là độ Lự câm của

cuộn thứ cấp Hiệu diện thể trong cuôn đây sơ cấp ( V1 ) dược tính như sau

Vs Ja hiéu dign thé roi trén cudn dy thir cdp, Vp fa higu dién thé roi trén cudn day

sơ cắp, thường là hiệu điện thẻ nồi với nguén điện, Ns là số vòng trong cuộn đây thứ cập,

Np là số vòng trong cuộn đây sơ cấp

1.2.3.5 Truyền năng lượng bằng phương pháp cảm ứng điện từ

Ray giờ ta loại bổ các lõi sắt và đấL hai cuộn đây ra xe một chút, rửuư thể hiện trong

hình dưới đây:

Trang 18

Dong xoay chiéu

Dẻng điện đi qua cuộn dây (cuộn phát) tạo nên trường điện tử lan truyền qua không

gian xung quanh, cuộn dây thử hai (cuộn thu) gắn tải (ví dụ bỏng đèn chẳng hạn) cảm ứng điện trường nảy sinh ra dòng điện đề thấp sáng Hệ thống nảy có thể cấp nguồn cho nhiều thiết bị (tải) cùng lúc

1.2.3.4 Nguyên lý cảm ứng điện từ cộng hưởng

Trên Hình 1.4, khi dì chuyên hai cuộn dây ra xa nhau, hiệu suất truyền sẽ giảm mạnh Đó là lý do tại sao hai cuộn dây phải được đặt đủ gân nhau Tuy nhiễn, nêu cuộn day phát và thu cỏ củng tản số cộng hưởng, hiệu suất truyền sẽ giảm it hơn rất nhiều khi

ta di chuyển hai cuộn dây ra xa nhau Một nhóm từ Học viện kĩ thuật MIT (Mỹ), đứng

dau 1a Giáo sư Marin Soljacie đã thành công trong việc truyền năng lượng điện (60W)

giữa hai cuộn dây đặt cách nhau hơn hai mét

Hiện tượng trên cũng giống với công hưởng điện từ xây ra trong một mạch điện

LC Trong mạch điện chứa thành phản L và C, khi đặt một hiệu điện thẻ vảo mạch điện

thi sé có một trường điện từ sinh ra trong cuộn cảm L, trường nay lam phat sinh dong

diện, dòng điện này sẽ nạp điện tích vào hai má của tụ điện, khi đầy điên tích sẽ có quá

trinh phóng điện tạo ra đỏng điện, đồng điện nảy lại tạo ra từ trường trong cuộn cảm, quả

Trang 19

trình này cứ lặp đi lặp lại Tại công hưởng thì trở kháng nỗi tiếp của hai thành phản là cực tiêu còn trở kháng song song là cực đại.vả tần số công hưởng sẽ được tính là

(18)

GO day w=2af, voi f là tần số công hưởng có đơn vị là [Hz], L là cảm kháng có đơn

vị là [H] và € là điện dung cỏ đơn vi là [F] khi sử dụng hệ đơn vị SL

Hình 1.5: Hiện trợng cộng lưỡng câm ứng

Hình 1.5 là hinh ảnh một hệ cảm ứng cộng hưởng điện từ Trên hình ta thây đề truyền điện qua khoảng cách xa hơn mả ít tổn thát năng lượng, người ta đưa thêm tụ điện ở hai cuộn dây phát và thu đề tạo thành mạch công hưởng Tân số công hưởng được xác định

at

bởi điện dung của tu điện và điện cảm của cuộn dây Nhờ cộng hưởng, cuộn thu đễ

nhịp” và khuếch đại sỏng từ trường do cuộn phat tạo ra Một khi đã "bắt nhịp", luỗng

điện sẽ được truyền từ cuộn phát đến cuộn thu Một cuộn phát có thẻ cập nguồn (điện)

cho nhiều cuộn thu (củng tản số cộng hưởng) Nếu cuộn thu không củng tân số cộng

hưởng, không có việc truyền điện

Sơ đồ khói một hệ thông Truyền năng lượng không dây trường gắn theo nguyên

lý cộng hưởng cảm ứng điện từ được trình bày trên Hình 1.6

Trang 20

Hình 1.6: Sơ đỗ khối của hệ thống truyền điện không dây trường gan theo nguyén ly

cộng hưởng căm ứng điện từ

Sơ đỏ hệ thông bao gồm bên phát và bên thu:

e — Bên phát năng lượng bao gồm module truyền năng lượng và một bộ nguồn AC.Module truyền năng lượng bao gồm một mạch cung cấp nguồn và một mạch dieu khiển để đấm bảo an toàn cho mạch Nguồn AC hiện tại được chuyên đổi thông qua module truyền đề truyền năng lượng tởi bên nhận thông qua thiết bị truyền

© — Một mạch chỉnh lưu vả một mạch chuyên đôi điện áp được xây dựng vào bên nhận năng lượng đề cung cấp điện áp DC ồn định

Trang 21

1.2.4 Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật truyền công suất không dây six dung chim tia

viba va tia LASER

Chuyén ai ngudn mat chiéu

DC sang cao tan RF (DC- to — RF transmitter )

Thu, chuyển đối tín hiệu cao tản

RF thành nguễn một chiêu DC { RE — f0 — DC reeetver )

Truyền qua khêng gian

(Free space channel transmission}

Ang ten 1% |ChủmtaRF SA | ặ, Mạch chỉnh

Nguễn cao tần phát LL ` | đnh hướng ỳ we ton thu lưu

(RF source) | ( Transmiter |'—7,| (Directed —7 / nena) | (Rectifier

antenna ) beam ) antenna ) circuit )

hình 1.7: Sơ đồ khối của một đường truyền công suất sử dụng chùm tia ví ba (ế

Hình 1.2)

Trong phương pháp sử dụng chủm tia vi ba, năng lượng sóng siêu cao tân truyền

từ ăng len phát đến Sng ten thu trong ruột búp sóng rất hẹp với mong tiến hấu như loàn

bộ năng lượng bức xe từ ăng ten phát sẽ đến được ăng ten tru nhằm đạt được hiệu suất truyền cao nhất Với phương pháp truyền năng lượng dùng chủm tia vỉ ba công suất cao người ta dã xây dựng những dự án tảo bạo truyền năng lượng mặt trời từ quỹ dạo dia tĩnh về trai dat như hình 1.18

Tất đầu từ năm 1968 các khái niệm vẻ vệ tỉnh cung cấp năng lượng mặt trời (Solar Power Satellite) SPS mei được để xuất và vào năm 1973 dựa trên bằng sáng chế số

3.781.647 của Peter Glaser, trong đó táo giá cho rằng năng lượng mặt trời có thể được biển đổi thành sóng cực ngắn (Microwave) truyén không đây từ một ăng-ten phát trên quy dao (GEO, MEO, LEO) théng qua không gian va ban khi quyển của Trải dat dén một ãna-ten lớn hơn trên bề mặt Trái đất sau đỏ chính lưu tái tạo lại Hệ thống SP8 didn Tỉnh cho truyền năng lượng không dây bao gồm ba phần chính: Vệ tình nắng lượng mặt trời (SPS), mỏi trường truyền dân, và Ăng -ten thu, chỉnh hru mit dat Bs ang ten cé tinh định hưởng cao, búp sóng hẹp, người ta sử dựng mảng ăng ten cỏ rất nhiêu phân tử

Trong những dự án này mắng ăng len phải chứa hàng trầm triệu phẩn tứ với điện tích

Trang 22

một vài km2 Tân số truyền được chọn từ 2,45GHz đến 5,8GHz đề suy hao tuyển sóng

trong khí quyền nhỏ

Hình 1.8: Truyền công suất sử dụng chùm tỉa vỉ ba

So với phương pháp truyền năng lượng bằng chim tia vi ba, phương pháp truyền năng lượng bằng tia laser cỏ một só ưu điểm Chủm tia laser co bước sóng rất ngắn (bước

sóng ảnh sáng) nên các thiết bị phát, thu có kích thước nhỏ gọn hơn, thêm nữa chủm tia

vị ba rất hội tụ Nhược điểm của phương pháp này là suy hao tuyển tia laser trong khi quyền lớn hơn, vấn đề an toàn đổi với con người và môi trưởng khi truyền tia laser cong suất cao, và đặc biệt là hiệu suất truyền tháp hơn hệ truyền năng lượng sử dụng chủm

tia vi ba

1.3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIEU SUAT TRUYEN

1.3.1 Công thức truyền sóng trong không gian tự do

Giả thiết có một nguồn bức xạ vô hướng (đẳng hướng) có công suất phát P,/If) đặt tại điểm Ø trong một môi trường không gian tự đo là mỗi trường đông nhật đẳng hướng

Trang 23

va khong hap thụ, có hệ số điện môi tương đối z = J Xét uvtong tai mét điểm AZ cách O

kình 1.9: Nguân bức xạ vỗ lông trong không gian tự do

Vi nguồn bức xạ là vô hướng, môi trường đồng nhất và đắng hướng nên năng lượng, song điện từ đo nguồn bức xu sẽ tổa đều ra không gian thành hinh cầu Nhữ vậy mật độ công suất (mật độ thông lượng năng lượng) ở điểm M cách nguồn một khoảng r sẽ được xác định bằng công thức sau:

Trong khí tính toán tuyến ta cần phải xác định công suất ăng ten thu nhận được P„

đề đưa vào đầu vào của máy thu sao cho máy thu có thế làm việc được Công suât ăng,

ten thu nhan được bằng mật dộ thông lượng công suất tại nơi dit ang ten thu nhan voi

điện tích hiệu dụng của ăng ten thu

Diện tich hiệu dụng củ äng, ten thu bằng, diện tích thực tế nhân với hiệu suất làm

việo

'Trong các hệ truyền dẫn về tuyến sử dụng ang ten guong parabol tron xoay quan

hệ giữa hướng tính và điện tích hiệu đựng của ăng ten được cho bởi công thức

a a

“Thay công thức (1.10) và (1.13) vào công thức (1.11) ta có

Trang 35

Đến nay, van dé quan tam lớn nhất của truyền năng lượng bằng chủm tia năng

lượng dién ti (Microwave) la khoang cách lớn với suy hao nhỏ là một trong những trung

tâm của nghiên cửu trong giải pháp tạo nguồn năng lượng từ vũ trụ của thẻ kỷ 21 Day 1a một vân đề nghiên cứu tìm ra giả pháp tối ưu cho hệ truyền dân năng lượng không dây

(WPT) đạt được hiệu quả Trong hệ thông truyền dần thông tin sử dụng phương trình

truyền Eriis đề tính toán năng lượng từ ăng-ten phát ở khoảng cách trường xa, thông qua không gian đến ăng ten thu, ta thấy năng lượng giảm với binh phương khoảng cách, điều

Trang 26

nay có về như mâu thuẫn trong ¥ turdng truyền dẫn năng lượng không đây Nhưng nếu

xẻi về At và Ar lá điện tích khẩu độ của ăng tem phát và ăng ten thú, viết lai Friis:

{4„ : Diện tích hiệu dụng của khẩu đồ ăng ten)

Việt lại công thức (1.26)

F_ GG, dary Aw LW AA (1.20)

Trang 27

Ge

Viết lại công thức 1 16)

Và có tham số z đại diện cho hiệu hiệu suất truyền dan (4) [Goubau va Schwering

[7] C Brown [6] ]

(1.23)

VOiP, 14 céng suat thu duoc, P; fa céng sudt nang long truyén (luén duong), Gr

là độ tăng ích của ăng-Ien thu, Œ là tăng ích của fing ten phat, 4, là điện tích (khẩu độ) của ấng-ten thu, 4, là điện tich (châu độ) của ăng-ten phát, Á là bước sóng Từ công thúc

(1.22) ta thay rằng riểu tăng điện tích khẩn dộ 44, 4; thì => z >1 thực lễ này xây ra

trang miễn trường gần bức xạ (Miễn Eresnel) vì r « điên này có nghĩa là 7,

A

dây là nghịch lý nhưng chứng mình cho ta thây rằng giá tricông suất nhận dược Pr khong

phụ thuộc vào r khi z > 7, thậm chí ngay cả khoảng cách của quỹ đạo địa tĩnh

(Geostationary ) 36.000Kim, và nó phân bổ tập trung cao nhất tại trung Lâm Recterma

theo hình Gauss |7 | Vĩ vậy phương trình Eriss không áp dụng tính toán trong truyền dẫn xăng lượng không dây (WPT) Do đó trong phương pháp tính ở trên ta sử dựng một trong,

các tham số r đề tính toán năng lượng thu được và hiệu suất truyền đẫn f;J [1]

(1.23)

Về cơ bản truyền dẫn năng lượng khdng dy sir dung chun tia vi ba (WPT) od thé

truyén đến tại mọi điểm trên mặt đất trong tầm nhìn thing cùng như trong không gian

liệu suất truyền tải năng lượng bằng phương thức nảy người ta đã thực nghiệm đạt

khoảng 90% Từ những khải niệm co ban rút ra từ thục nghiệm của: Goubau vả

Schwering [7], C Brown [ 6] cho thảy hiệu quả truyền tải điện có thể tiệm cận 100%,

Trang 28

thể hiện ở tham số 7, néu tham s6 7 = 4 /(Ar) lon hon 2 va mt phan bồ năng lượng của đường truyền là hình Gaussian, trong do A 1a khau dé trung binh hinh hoe ctia ang ten phat va ang ten thu ( Afva Ar) , A la bude song, va r là khoảng cách đường truyền

Vidu: Ta cé hiéu suat truyén la 99,63 % tại r = 2,4 thể hiện trong đồ thị Hình 1.12 Điều này có thể đạt được nếu :

- Đường kính ăng ten phát: Di = 1,5 km

~ Đường kinh ăng ten thu: D: = 8,4km

- Bước sóng truyền: À.= 12,24 cm (2,45Ghz)

~ Khoảng cách truyền r = 36.000km

Hình 1.12: Tưởng quan giữa hiệu suất truyền và giá trị tham số +

Cho đền nay cỏ một số thành tựu nghiên cứu của hệ thông truyền năng lượng không dây WPT nhưng vẫn chưa có một mô hình rõ ràng mô tả chỉ tiết hệ thóng truyền tải năng, lượng không dây từ vệ tính địa tinh dén trai dat

Trang 29

Chúng tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Đảo khắc An và T8 Lâm Hồng Thạch

dã tìm hiểu và nghiên cứu chỉ tiết hơn về các yêu tổ tác động tới môi trường truyền đân trong hệ thống truyền tài năng lượng không dây trong bải báo [1]

Tựa trên kết quả công bố được đề cập ở trên và các tính năng của hệ thống truyền

xũng lượng hiệu suất cao, chúng tôi đưa ra ruột mỗ bình 1D (Hình 1.14) với những đặc

diém sau đây:

+ Truyền năng lượng sử dụng chùm tỉa vị ba trong mô hình ID trụ dẫn sóng

ä bê truyền và ăng-ten recterma có kích thước của một vải km2

Kích thước này là rất nhỏ so với khoảng cach r tir vé tinh địa tĩnh đến trái đất

fr = 35.700 lon)

«- Phầu bố năng lượng ô ăng-Icn phát và recLenna dược giả định là một vùng

Jauss nhw trong Linh 1.14 (b) , inh 1.14 (a)

œ Mô hình môi trường không gian 1T) của hệ thông truyền răng lượng không day ti vé tinh dia tinh toi bẻ mặt trải đất cỏ thẻ dược chia hai môi trưởng (Hinh

1.14} nơi mà khoảng cách không gian là khoảng 3⁄4.700 km trong khi khoảng cách

của bầu khi quyền trái đất là khoảng 1000 km

Trang 30

Hình 1.13: Trình bày kết quả mô hình trụ dẫn sóng 1D (dạng éng) cho hé théng truyén nang lượng không đây với hình ảnh 2D (4) và hình ảnh 3D (b) có chứa một

số tính năng của hằng số điện môi và độ thẩm từ

Cơ sở lý thuyết trên có thẻ khẳng định bằng những kết quả thông kẻ thực tế khả quan tử dự án tiên phong của các tô chức thuộc quốc gia : Nhật ( Jaxa ), My (Nasa, Doe ) cho thay ring họ đã có thể khai thác được năng lượng ngoài vũ trụ Trong một tương lai không xa sẽ ứng dụng vào thực tế vấn đề ở đây chỉ còn là giải pháp hiệu quả kinh tế,

túc là phải có một hệ thông khai thác va truyền năng lượng công suất hiệu suất cao

Trang 31

JAXA : Jepan Aerospace Exploration Agency, NASA =

Admiristration, DOE : 1 Department Cf Energy

MIIBLOEDWSE | IwamwWyam? 2ãmWem” | :00œmW/em2 | 23mW

Densil;

Nationa Aeronauces and Space

Găng 1.1: Thong ké thc té higu sudt cita hé thing WPT sit dung chiem tia vi ba

truyền từ vũ tra vé mit dit trén cic tin xb khdc nhaw

1.3.3 Một số khác biệt giữa truyền năng lượng không dãy và truyền tin không

dây va cách tỉnh đường kính ăng ten để đảm bảo hiệu suất truyền cao

Trayén thang tin khang day và truyền năng lượng không dây có những khác biệt

quan trọng Những khác biệt này xuất phát từ mục đích sử dụng, Truyền thông ln yêu

cầu công suất nhận được ở bên thu phải lớn hơn độ nhậy của thiết bị thu, thường rất nhỏ, chỉ cỡ 105 đến 10®\W nên điện tích vủng thu được tín hiệu có thể rất rộng, có thế bao gồm điện tích của nhiều nước trên thê giới Hiệu suất thu trong trường hợp này rất nhỏ,

chỉ cỡ 1.102 %2

Truyền năng lượng không dây yêu câu hiệu suật truyền cao Công suất tới bên thu

có thể lên tới trên 90% ( trong bảng 1.1 tại tân số 2,45GI1z với kích thước đường kinh

Trang 32

ăng ten phát và reetenna là Ikm đạt hiệu suất 89% ) so với công suất bức xạ bên phát

do vay năng lượng truyền phải đi trong một không gian rất hẹp và mật đỏ năng lượng

trên đơn vị diện tích vùng thu lớn

Trong phương pháp sử dụng chùm tia vi ba, đề ăng ten có tỉnh định hưởng cao,

búp sóng hẹp, người ta sử dụng mảng ăng ten có rát nhiêu phân tử Theo lý thuyết ăng ten [3], khi đó, ở khu xa, đồ thị phương hướng bức xạ của ăng ten sẽ có rất nhiều búp

tử ăng ten phát đến được ăng ten thu, bao gồm cả các búp sóng phụ, thi ăng ten thu phải

cỏ đường kinh rất lớn, theo hình H.1 15, điều nảy rất khó thực hiện được

Do vậy, chúng tôi nghĩ, truyền công suất bằng chủm tia vị ba chỉ nên thực hiện ở

trong gan Near Field - ving Fresne Cũng không thẻ sử dụng vũng non-radiative bởi ở

đây sóng truyền chưa có tỉnh định hưởng (tình bức xa) Khi đó theo [6], [7]

Trang 33

Bây giờ chúng ta tính kích thước ăng ten thu tối thiểu Đ„„ để có hiệu suất truyền

Như vậy nếu ăng ten thu và ăng ten phát có đường kinh bằng nhan va dit ang ten

thu o diém gitta nhu Hinh 1.16 (a) a› 2) thì dường kinh ăng ten thu /2 it nhất phải

‘bang bản kính miễn Fresnel thứ nhất %, nghĩa là:

Die “Dp:

in = fra {Fal Alay" 4 4 q22 127

Ta có băng so sánh những khác biệt quan trọng giữa truyền thông tin không day

và truyền năng lượng không dây sử dựng chủm tỉa vi ba, theo 5 tiêu chí sau:

œ Phương thúc truyền

© Đặc tỉnh trường ở diểm thu

e Khoảng cách truyền

© Mat độ năng lượng nhận dược trên ăng tentlra

e© - Hiệu suất truyền (vẻ mắt công suất)

Truyền trực tiếp, phản xạ tầng, ¬

1 điện ly, truyền sóng xuặt Truyện bực Hiệp

Khoảng cách AB =đh + đ:= 500 + 500 (mét)

X=0,1224 mét

Tản kinh bl

Dễ thu trọn vẹn năng lượng đi qua mặt cắt của rniễn kresnel giới hạn bới bản kính bì

ta chọn kích thước Ăng ten thụ có kích thước chiêu lớn nhất

Voi: la higusuat lam viée ota ang ten

Dtt kich thude thực tế chiều lớn nhất của ăng ten

Higu suit ang ton 7 = 90% thi ta c6 Dit = 6,92 (mel)

Mặt khác, trong miễn trường gản bức xạ, ta có khoáng cách ludu dụng lớn nhất

mà trong khoảng nảy, hiệu suật truyền của hệ đạt hiệu suất cao và quyết định bởi kích

thước dng ten thu hoặc phát dược tỉnh

"Ea thấy rằng giá trị đ7 77 chinh la khodng giới hạn của miễn tường gan bức xạ,

từ đó ta sẽ chọn được kích thước ăng ten để tạo ra khoảng cách đi! luôn tên tại trong,

Thư vậy trang hệ truyền dẫn 1000 mét trích thước tồi thiển chiên lớn nhất của ăng ten

phat va Sng ton thụ bằng nhau và bằng, 8,„,, =9,775 (mét)

‘Ta thu duge Pr = 61 (W)

KET LUAN CHUONG I Chương T đã giải thích rõ nguyên lý của truyền năng lượng không dây nói chung,

và phương pháp truyền năng lượng không đây sử đụng chủm tia vi ba 2,45MI1z nói

riêng, Qua đó đã đưa ra những giải pháp đề đạt hiệu suất truyền tối ưu trong truyền din

năng lượng không đây sử dụng chủm tia ví ba Đó là tăng kích thước của ăng ten dễ giới

han miễn trường gân bức xạ được mở rộng hơn ( tăng khoảng cách truyền ), điển này đã chứng mình trong mô hình 1D dựa trên nghiên cứu của G§ Tiển sỹ Đảo Khắc An và cách tỉnh kích thước khẩu độ của hệ thông Ang ten phat va Rectenna, dựa trên những kết

quả nghiên cứu chứng minh, tính toán những thông số cản thiết của hệ thông phat va thu

trong truyền phương thức truyền dẫn nắng lượng không dây sử dụng chủm tia vị ba với hiệu suất cao mà không phụ thuộc khoảng cách truyền

Trang 37

CHƯƠNG 2

THIẾT KE MẮNG ĂNG TEN PHÁT 16 PHẢN TỪ CỦA HỆ

TRUYEN CONG SUAT VI BA, TAN SO 2,45GHz

Từ những cơ sở chứng minh, tính toan cho một hệ thông trayén din công suất năng lượng điện không đây nói chung, hệ thông truyền dẫn năng lượng điện công suất không dây sử đụng chủm tia vi ba nói riêng ở Chương 1 sẽ là điều kiện cân đẻ thiết kế xột hệ thông ăng ten phát có hệ sỏ tăng ích lớn đáp ứng yêu cầu tại Chương 2

Trong hệ thống truyền đẫn WPT sit dung chim tia vi ba 2,45GTIz ang ten phat

có nhiệm vụ bắc xa nguồn năng lượng công suất điện cao lần qua không gian đến hệ thống thu Rectenna Ang ten phát đỏi hỏi phái có phẩm chất cao đó là : Liệu suất làm việc lỏn, hê số định hướng cao va đãi thông hẹp Tại Chương 2 tác giả thiết kế hệ thông, dng (en mang bai chiéu, phẳng 16 phản tử (4 x4) tiên biểu, dạt các giá trên để đứp ứng việc nâng cao hiệu suất cho hệ thông WPT sứ dung chum tia vi ba 2,45GHz ‘Tinh toan

nảy chỉ trong cự ly truyền ngắn trong phỏng thí nghiệm

2.1.ĂNG TEN PHAT

“Trong các kiểu ăng ten ta có thể thấy : Ăng ten kiểu Parabol va Ang ten mang

xrạch đãi, ảng len loa ( Hom ) đáp ứng những yêu cân của WPT sử dụng chùm lia Vi

da

- Déi véi hé théng Ang ten Parabol, ăng ten loa bân chất là có hiệu suất cao, độ tăng ích lớn nhưng nhược điểm la ning nẻ công kểnh khi ghép nối thành mắng, khó ghả lắp (Giá

thành đất khi đưa vào không gian vũ tru)

- Ang ten mang mach dai tuy có hiệu suất truyền nhỏ hơn Parabol nhưng co wu diém la trọng lượng nhỗ hơn, nhất là khi sử đựng nén (Substrate) 4 khéng khí - đây chính là ưu điểm lớn nhất khi dua lên không gian vũ trụ , sử dụng triệt đẻ không gian khi ghép nói thành mang lớn, mật độ công suất trên thiết diện cúa tia sóng trưyển đồng đều hơn, không,

có vùng tối ở tâm như Ẳng ten Parabol

Trang 38

Ngoài ra để khắc phục nhược điểm hiệu suất của ang ten mang mach đải người ta

ahép bộ khuếch đại công suất (KĐCS) hoặc chính lưu (Rectifier) trực tiếp dến từng phan

tử (Patch) trong màng bỏ đi những đường truyền cổ điển (Feeder, Waveguide ) không

cờn bộ chúa bằng mạch đãi (SInipline), chọn chất nên bằng không khi lự nhiên ( —1) sẽ

cho kích thước một phân tứ đơn lớn nhất, tôi ưu số lượng phần tử ăng ten (khoảng không

gian măng) khi điện tích mãng giới hạn

Giải pháp khoa học công nghệ tối ưu cho hệ ăng ten phát là dùng ma trận ăng ten giống nhưau sắp xếp theo thứ tự xác định đề phát chùm tia tăng lượng viba pông suất cao đất trên vệ tình có thể chế tạo ở một số đạng như: ma tran ang ten dân sóng sẻ rãnh, ma

trận ăng ten lưỡng cực với gương phản xạ, ma trận ăng ten vi mạch, ang ten parabol, ma

tran dng ten có liên kết pha Việc lựa chọn ma trận ăng ten phủ hợp nhất cho một hệ thống rất phụ thuộc vào việc lựa chọn máy phát bức xạ viba, bộ khuếch đại, cũng như là

trọng lượng, khả năng dinh hudne, tuy nhiên ma trận ăng ten liên kết pha thường được

sử đựng trong thí nghiệm Đường kính mot ma tran &ng ten phat của một hệ thống SPS

có công suất IGW cỡ khoảng 1 lan ở tần số viba 2,15 GIIz, hướng của chim tia viba

phải được điều chính với độ chính xác cao hơn 300m, tương ứng với _Mật độ đông công,

suất viba trưng bình trên bể

kết pha đã được sử dụng nhằm mục đích đạt được hiệu suất tập trung chòm sóng viba

í của fing ten phát là khoâng 1000 WW Ma wan Sng ten liên

cao tại miên trung tâm của recterna đặt trên mặt đất

Trong luận văn này tác giả chỉ dé cap tính toán mô phẳng ăng ten phát với hiệu

xuất làm việc cao, hệ số định hướng Lỗi ưu, ở đang mảng hai chiều 16 phan tử mạch đải dạng phẳng (Planar Ang tenna Array) như yêu cầu của hệ thông WPT trong phỏng thí

nghiệm

2.1.1 Câu trúc và đặc tính cơ bản của một phần tử

2.1.1.1 Khai nigm dng ten mach dai (Micro Stripline Ang tenna - MSA)

Ang ten mach đãi (ãng ten mạch in) thường được sợi là ăng ten rạch vi dải hay

còn gọi là Patch Ang tenna Ảng ten nảy thường làm việc ở tản số cao (UHE trở lên) nên

Trang 39