Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô đun truyền năng lượng không dây trên dải sóng siêu cao tần ở khoảng cách gần, dùng cho hệ thống khai thác năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIBÁO CÁO TỒNG KẾTKẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tên đề tài: Tên đề tài Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô đun truyền Dăng lượng kh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO TỒNG KẾTKẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI KH&CN

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài:

Tên đề tài Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô đun truyền Dăng lượng

không dây trên dải sóng siêu cao tần ờ khoảng cách gần, dùng cho hệ thống khai thác

năng lượng mặt trời

Mã SỔ đề tài: QG.15.27

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Bạch Gia Dương

Hà Nội, 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO TÔNG KÉT

K ÉT QUẢ THựC H IỆN ĐỀ TÀI KH&CN

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài:

Tên đề tài Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô đun truyền năng lượng

không dây trên dải sóng siêu cao tần ờ khoảng cách gần, dừng cho hệ thống khai thác

năng lượng mặt tròi

Mã số đề tài: QG.15.27

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Bạch Gia Dương

ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

; ỈRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

! C f r j i o o m v n

Hà Nội, 2017

Mục lục

C ác c h ữ v iế t t ắ t 0

P hần I T h ô n g tin c h u n g 1

P h an II T ô n g q u a n k ế t q u ả n g h iê n c ứ u 1

Phần III Sản ph ẩm , côn g bố và kết quả của đề tà i 29

Phần IV T ổ n g h ọ p k ết quả K H & C N và đào tạo của đề tà i 32

Phần V T ìn h h ìn h sử dụ ng k in h p h í 33

Phần VI K iến n g h ị 33

Phần phụ lục các ch u y ên đề n ah iên c ứ u 34

Chuyên đê 1 T ô n g quan cô n g nghệ và m ô hình tru yền năn g lượng k h ô n g dây trên dải sóng siêu cao tầ n 35

Chuyên đề 2 R e c te n n a 52

Chuyên đề 3 A n ten m ạch d ả i 59

C h u y ê n đ ề 4 K e t q u ả m ô p h ỏ n g v à k ế t q u r đo tu y ế n th u p h á t s iê u c a o tầ n 2 4 5 G H z 83

Chuyên đề 5 Đ án h giá hiệu suất truyền năng lượng kh ô n g dây ở kh oản g cách gần 93 Ket quả côn g b ố 103

Kết quả đào tạ o 131

T ừ v iế t t ắ t

- Vệ tinh năng lượng mặt trời (Solar Power Satellite - SPS).

- Truvền dẫn năng lượng không dây WPT (Wừeless Power Transmission)

- Truyền năng lượng sử dụng sóng siêu cao tần MPT (Microwave Power

Transmission).

- Hệ thống thu chùm tia vi ba trên mặt đất là ma trận antenna thu tín hiệu vi ba

và bộ chỉnh lưu kết hợp với nhau, gọi là rectena.

- anten tích hợp tích cực ALA (Active Integrated Antenna)

PHÀN I THÔNG TIN CHUNG

1.1 Tên đề tài: Nghiên cửu thiết kế chế tạo và thừ nghiệm mô đun truyền năng lượng không dây trên dải sóng siêu cao tần ở khoảng cách gần, dùng cho hệ thống khai thác nảng lượng mặt tròi

1.2 Mã số: QG.15.27

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Chức danh, học vị, họ và tên Đơn vị cống tác Vai trò thực hiện đề tài

1 GS.TS Bạch Gia Dương Trung tâm N/C ĐTVT

Trường ĐHCN- ĐHQGHN

Chủ nhiệm đề tài

2 TS Vũ Tuấn Anh Trung tâm N/C ĐTVT

Trường ĐHCN

Tham gia đề tài

3 ThS- NCS Trần Văn Hội Trung tâm N/C ĐTVT

Trường ĐHCN

Tham gia đề tài

4 ThS- NCS Đoàn Hữu Chức Trung tâm N/C ĐTVT

Trường ĐHCN

Tham gia đề tài

5 ThS- NCS Bạch Hoàng Giang Trung tâm N/C ĐTVT

Tham gia đề tài

1.4 Đom vị chủ trì: Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: 24 tháng từ tháng 01 năm 2015 đến tháng 12 năm 2016

1.5.2 Gia hạn (nếu có): không

1.5.3 Thực hiện thực tế: Toàn bộ nội dung đã thực hiện từ tháng 01 năm 2015 đến tháng 12 năm

2016 Tuy nhiên thời gian làm báo cáo tổng kẹt đề tài bị chậm

1.6 Những thay đỗi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không

(về mục tiêu, nội dung, phương pháp, két quả nghiên cửu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài:.400 triệu đồng

PHÀN n TỎNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN cứu

Viết theo cấu trúc một bài báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sỗ được đăng trên tạp chí khoa học ĐHQGHN sau khi đề tài được nghiệm thu), nội dung gồm các phần:

1 Đặt vấn đề

Truyền dẫn năng lượng không dây (Wừeless Energy Transfer) hay còn gọi là truyền công suất không dây WPT (Wireless Power Transmission là một trong những giải pháp đầy triển vọng trong những trường hợp chúng ta cần truyền năng lượng tới những nơi có địa hình hiểm trở, hải đảo hoặc truyền năng lượng từ vũ trụ về trái đất, v.v Nếu sóng điện từ sử dụng có tần số nằm trong dải sóng viba thì chúng ta gọi đó là truyền năng lượng sử dụng

1

sóng viba MPT (Microwave Power Transmission) Một trong những ứng dụng muốn hướng tới của MPT là sử dụng cho hệ thống truyền năng lượng mặt trời từ vệ tinh thu năng lượng mặt trời SPS (Solar Power Satellite) trong vũ trụ truyền về trái đất vấn đề về khai thác năng lượng sạch trong đó có năng lượng mặt trời sử dụng vệ tinh SPS đang được nhiều quốc gia quan tâm nghiên cứu.

Nghiên cứu truyền năng lượng không dây sử dụng sóng siêu cao tần ở khoảng cách gần với mục tiêu cung cấp nguồn nuôi tò xa hoặc nạp điện cho các thiết bị điện tử đang hoạt động ở những điều kiện không thể cấp nguồn nuôi trực tiếp từ nguồn điện lưới, ví dụ như robot hoạt động trong khu vực mà con người không thể trực tiếp tiếp xúc hoặc cần thiết nạp điện cho các thiết bị bay không người lái, cũng như có thể chế tạo thiết bị nạp điện không dây trong một khu vực xác định cho nhiều thiết bị điện tử xách tay V V Ngoài ra việc nghiên cứu làm chủ công nghệ phát chùm tia siêu cao tần công suất lớn có ý nghĩa rất quan trọng trong ứng dụng tác chiến điện tử, có khả năng chế áp và gây nhiễu cho thiết bị điện tử của đối phương

Đề tài QG 15.27 với nội dung triển khai nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm mô đun truyền năng lượng không dây ứên dải són^ siêu cao tần 2.45 GHz, đánh giá hiệu suất truyền năng lượng không dây ở khoảng cách gần Hiệu suất truyền năng lượng không dây phụ thuộc vào nhiều yếu tố, rất khác nhau Đe đánh giá hiệu suất truyền năng lượng không dây, cần thiết phải xây dựng đồng bộ một hệ thống phát và hệ thống thu Hệ thống phát bao gồm bộ tạo dao động 2.45 GHz, khuếch đại công suất, phối hợp trở kháng để truyền tới anten phát Hệ thống thu công suất siêu cao tần còn gọi là Rectenna bao gồm anten thu, bộ phối hợp trờ kháng, bộ lọc tần số 2.45 GHz, bộ chỉnh lưu siêu cao tần, bộ lọc thông thấp lấy

ra điện áp một chiều DC đưa ra tải thuần trở

Kết quả nghiên cứu thiết kể chế tạo đồng bộ hệ thống thu phát và thử nghiệm đánh giá hiệu suất truyền năng lượng siêu cao tần sỗ mở ra nhiều khả năng ứng dụng thực tế trong sản xuât, đời sống

và an ninh quốc phòng

2 Mục tiêu

- Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và chế tạo mô đun phát siêu cao tần 2.45 GHz, phát và thử nghiệm thu, chỉnh lưu ở khoảng cách gần nhằm đánh giá hiệu suất truyền năng lượng không day

- Đề xuất mô hình truyền công suất lớn phục vụ cho hệ thống truyền năng lượng không dây

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thiết kế, mô phỏng các khối chức năng các bộ tiền khuếch đại công suất, khuếch đại công suất

- Thiết kế mô phỏng anten mảng dùng cho hệ thống thu phát

4 Tổng kết kết quả nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế mô phỏng và chế tạo đồng bộ hệ thống truyền năng lượng không dây ứên dải sóng siêu cao tần băng s, tần số 2.45GHz Hệ thống bao gồm tuyến phát và tuyến thu (Rectenna)

Tuyến phát bao gồm các khối chức năng biến đổi điện áp một chiều DC (tương đương nguồn một chiều có thể lấy ra từ nguồn năng lượng mặt trời) thành dao động siêu cao tần 2.45 GHz Bộ biến đổi DC thành dao động 2.45 GHz được thực hiện nhờ mạch vòng khóa pha (PLL) điều khiển bộ dao động với tần số phụ thuộc vào điện áp (VCO) Dao động 2.45 GHz được khuếch đại đủ lớn nhờ

khối tiền khuếch đại với công suất ra 2W để kích tầng khuếch đại công suất Tín hiệu ở lối ra tầng tiền khuếch đại được đua tới khối kích khuếch đại công suất 45W và cuối cùng là khuếch đại công suất 130W Dao động siêu cao tần với công suất lớn được đưa tới anten phát ra không gian.

Tuyến thu (Rectenna) bao gồm anten thu, bộ lọc phối hợp trở kháng, bộ chinh lưu siêu cao tần, bộ lọc thông thấp đưa điện áp một chiều tới tải thuan trở

Trên cơ sở hệ thống thu phát được thiết kế, chế tạo, tích hợp đồng bộ, tổ đề tài đã tiến hành thử nghiệm hệ thonj* thu phát siêu cao tần, đánh giá hiệu suất của hệ thông truyền năng lượng không dây trong các đieu kiện xác định và đưa ra cấu trúc hệ thống truyền năng lượng công suất lơn cho các ứng dụng thực tế

4.1 XÂY DựNG HỆ THỐNG PHÁT NĂNG LƯỢNG SIÊU CAO TÀN

4.1.1 Thiết kế chế tạo bộ biến đỗi DC thành dao động siêu cao tần 2.45 GHz

• Sơ đồ nguyên lý bộ tạo dao động với PLL được trình bày trên hình 4.1

Hình 4.1

• Mạch in PCB được trình bày trên hình 4.2

3

Hình 4.2

• Bộ dao động v c o được thiết kế trên linh kiện JFET siêu cao tần loại SHF3043 theo kiểu ba điểm điện dung Sơ đồ nguyên lý bộ dao động 2.45 GHz được trinh bày trong phụ lục

• Hộp vỏ bọc kim chống nhiễu bộ v c o được trình bày trên hình 4.3

Hình 4.3

• Kết quả đo tần số phụ thuộc vào điện áp và công suất ra của bộ v c o với ừở kháng ra

50 Q được trình bày trên bảng 4.1

f r e q = 2 4 5 0GHz

d B ( s ( 1 2 ) ) = -2 1 3 3 9

7

Ket quả chế tạo và đo kiểm tham số trong phòng thí nghiệm phục vụ thử nghiệm

bộ tiền khuếch đại công suất 2 w được mô tả trên hình 4.9

• Khối tiền khuếch đại công suất 2 w

4.1.3 Thiết kế chế tạo bộ khuếch đại công suất 45 w

• Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại kích công suất 45 w được trình bày dưới dạng thiết kể

phối hợp trở kháng cho hai nhánh lối vào và lối ra được trình bày trên hình 4.10

MUN 1L08ub^M8ubrw-aomm

L-KLSmm

J> 6 0 Chm

ĩ

■fcrra lrml

Num-1

o Nhánh lối ra

M8ỉẩ»1 H = 1.4nvn Ep=4,3

Must Cònứ=5.8E^5 Hơ=1-0^-033 ÍT

9

Hỉnh 4.10Kết quả mô phỏng các tham số s trên hình 4.11 cho thấy các tham số tán xạ đáp ứng cho tầng kích công suất,

o Nhánh lối vào

freq, GHz

freq (1.200GHz to 3 800GHz)

o Nhánh lối ra

• Sơ đồ nguyên lý nhánh lối ra

Kết quả mô phỏng các tham số s của nhánh lối vào và lối ra đượctrình bày ừên hình 4.13

• Kết quả mô phỏng nhánh lối vào

—

10 '

nr

fn - d

freq, GHz

Hình 4.13

• Kết quả mô phỏng nhánh lối ra

freq (2.200GHzto 2.800GHz)

• Mô đun công suất tầng ra 130W tích hợp với tầng kích công suất 45 w được trình bày trên hình 4.15

15

4.2.1 Thiết kế chế tạo bộ chỉnh lưu một nửa chu kỳ 2.45 GHz dùng diode

Thiết kế mạch chinh lưu cao tần với yêu cầu phối hợp ứở kháng 50 Ohm ở tần số

2.45GHz, đầu vào tín hiệu RF, đầu ra DC, nâng cao hiệu suất chỉnh lưu

Phương pháp thiết kế:

s Lựa chọn diode Schottky HSMS2820 là diode cao tần, biến đổi tò năng lượng RF

ra DC Với diode Schottky HSMS 2820 ta có đặc trưng điện áp lối ra chỉnh lưu (Vra) phụ thuộc vào công suất dao động siêu cao tần ở lối vào, được trình bày ứên hình 4.16

Công suất lối vảo (dBm)Hình 4.16

Trên hình 4.16 cho thấy dải giá trị điện áp ra phụ thuộc vào công suất đầu vào của diode

HSMS2820 phù hợp với dải công suất thử nghiệm thực tế ừong phòng thí

S-PA R M IETER S

s Parsm 8P1

Uf-1Cflnd-1XJE*«

Hình 4.17 Mạch chỉnh lưu nối tiếp dùng HSMS2820.

Với mạch chỉnh lưu nối tiếp từ kết quả thực nghiệm thấy ràng với giá trị trở tải

RL =220 Q thì mạch có hiệu suất lớn nhất đạt 40,17% với giá trị công suất lối vào là

24 dBm Với tải là 220 n thì hiệu suất RF - DC đạt giá trị lớn hom 37% trong khoảng công suất lối vào từ 22 dBm đến 25 dBm Cũng với trở tải này điện áp lối ra đạt 2,85V tại 20 dBm, 4,2 V tại 23 dBm và 5,7 V tại mức công suất lối vào 26 dBm.

Bảng 4.2 Điện áp lối ra (V) theo các mức cồng suất trên các trở tải khác nhau.

17

DAI HỌC QUỐC GIA HA N Õ TRUNG TAM THÒNG TIN ĨHƯ VIỆN

Rough=0 mil

s Param SP1 SUrt=1 Ũ GHz Stop=3.0 GHz St»p=1.0 MHz

MUN

T13

S u b s t^ S u b r w=285676 mm L=5mm{Q

E l VAR

VAR1 R=100

HARMONIC BALANCE

1

Hamonic Balance HB1

Hình 4.18 Sơ đồ mạch chỉnh lưu song song.

So sánh với mạch nối tiếp thì ta thấy rằng cấu trúc này có hiệu suất thấp hom khi công suất nhận được nhỏ Từ kết quả mô phỏng cũng thấy rằng hiệu suất RF-DC

sẽ giảm khi tăng giá trị trở tải tiêu thụ Khi ta tăng công suất lối vào thì hiệu suất cũng tăng với tất cả các giá trị trở tải tiêu thụ khác nhau.

Kết quả thực nghiệm đo điện áp lối ra của mạch chỉnh lưu với các giá trị trở tải khác nhau theo các mức công suất vào thay đổi từ 10 dBm đến 26 dBm được cung cấp trên bảng 4.3.

Bảng 4.3 Điện áp lối ra (V) theo các mức công suất trên các trở tải khác nhau mạch kiểu shunt.

4.2.2 M ạch chỉnh lưu kiểu nhân đôi điện áp Viilard (kiểu chỉnh lưu bội áp)

Mạch chỉnh lưu nhân áp là một mạch khuếch đại biên độ trong đó sử dụng hai diode Trong thiết kế này thì HSMS2820 vẫn được lựa chọn Sơ đồ nguyên lý của mạch khi thiết kể mô phỏng bằng phần mềm ADS2009 đưa ra ở hình 4.19 Các đoạn mạch dải TL2 dùng cho mạch phối hợp trở kháng lối vào và TL3 dùng cho mạch phối hợp trở kháng lối ra Mạch đã được thiết kế và tối ưu bằng phần mềm ADS sau đó

mô phỏng sử dụng vật liệu FR4.

MUN TU2 Subs*-*MSu*1"

S to p -3.0 GHr Step-1.0 MHZ

Hình 4.19 Sơ đồ nguyên lý mạch nhân áp.

Trên bảng 4.4 điện áp lối ra (V) theo các mức công suất trên các trở tải khác nhau của mạch tách sóng nhân áp.

- Sơ đồ thiet kế được trình bày ừên hình 4.20

Với kết cấu chinh lưu nhân đôi điện áp lối ra (chỉnh lưu bội áp), cho phép nâng cao cự ly thu của rectenna với cùng công suất phát và các điều kiện thử nghiệm thu ở khoảng cách gần là như nhau Điện áp một chiều thu được ở lối ra bộ chỉnh lưu xấp xi hai lần so với chinh lưu một nửa chu kỳ

Kết quả mô phỏng sử dụng bộ lọc phối hợp cho kết quả hình 4.21

Khi sử dụng bộ lọc SAW, đặc trưng truyền đạt giới hạn ữong băng thông của bộ lọc Năng lượng siêu cao tần sẽ đưa tới bộ chỉnh lưu không bị nhiễu

19

quả mô phòng bộ chỉnh lưu bội áp với bộ lọc SAW

Thiết kế mạch chỉnh lưu sử dụng sơ đồ chỉnh lưu siêu cao tần kiểu nhân đồi điện áp dùng dây chêm hở mạch phối hợp trở kháng như hình 4.22.

HARMONIC BALANCE

H a n r c n d ỉ a l r a HB1 Fm<1h2«DGHz

OditÌH

á Ip KS|^S2820 2SŨGE60Ỉ DĨ

dJ?_HSMS2820_2XG0301

S-PAfiAUETERSj

s Pa«m SP1

I Prcbfl

TL3 1 4 X , f

SbtitrfVSu&r a iiit^vsu b r^^ _ ^ W«2J»uni *** W*tJmn(» -I-C*1SBpF

R1 R<«10 Ohm

Hình 4.22 Mạch nhân áp phối hợp trở kháng đoạn dây chêm đơn hở mạch

Bảng 4.5 Điện áp lối ra (V) theo các mức công suất trên các trở tải khác nhau của mạch tách sóng nhân áp.

Hình 4.23 Sơ đồ thiết ké bộ chỉnh lưu bội áp sử dụng SGA9189z

Hình 4.24 Kết quả mô phỏng bộ chỉnh lưu bội áp sử dụng SGA9189

Nhận xét:

- Trong các kết quả mô phỏng tương ứng sơ đồ nguyên lý cho thấy các diode chinh lưudùng diode siêu cao tần và dùng Transitor siêu cao tần, không làm ảnh hưởng tới đặc trưng truyền đạt của mạng phối hợp trở kháng

21

•’ S69U*OOe -1 O<O«C*O01 -I 596*«e»001

-2 lS93e»9ei -2 s258««001 7023«‘OOl -2 9738e*QOl

• —IW **

Hình 4.26

4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT TRUYÈN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY

DÙNG SÓNG SIÊU CAO TẦN

Đ á n h g iá h iệ u s u ấ t c ủ a q u á trìn h tru y ề n n ă n s lư ợ n g k h ô n g d ây ở k h o ả n g c á c h g ần của

c ả hệ th ố n g từ c h u y ể n đ ổ i từ D C th à n h n ă n g lư ợ n g s iê u c a o tần , k h u ế c h đ ại cô n g

su ất, p h á t ra a n te n , tru y ề n q u a k h ô n g g ia n tớ i R e c te n n a v à tớ i tải D C ở lối ra, p h ụ

th u ộ c v à o n h iề u đ iề u k iệ n rà n g b u ộ c, tro n g đ ó ảnh h ư ở n g lớ n n h ấ t tớ i h iệ u su ất toàn

tu y ế n là số lư ợ n g re c te n n a tro n g d iệ n tíc h c ủ a v ù n a b ứ c x ạ n ă n g lư ợ n g th e o độ rộ ng

b ú p s ó n e p h á t là q u á th ấ p k h i đ á n h g iá c h ín h x ác h iệ u s u ấ t tru y ề n n ă n g lư ợ n g k h ô n g dây.

T ro n g k h u ô n k h ổ h ạ n h ẹp c ủ a đề tài, tô đ ề tài g iớ i h ạ n ch ỉ đ á n h g iá h iệ u su ất

c h u y ể n đ ổi R F từ đ ầ u th u c ủ a R e c te n n a tớ i đ ầu ra D C trê n tải N h iề u c ô n g trìn h cô n g

bố c ũ n g đ á n h s iá th e o tiê u chí này T ổ đ ề tà i sử d ụ n g m ạ c h n h â n áp p h ố i h ọ p trở

k h á n g đ o ạ n d â y c h ê m đ ơ n h ở m ạ ch đ ê đ á n h g iá hiệu su ấ t tru y ề n n ă n g lư ợ n g k h ô n s

d ây ở k h o ả n g c á c h g ần tro n g đ iề u k iệ n p h ò n g thí n e h iệ m

C ơ sơ đ á n h e iá h iệ u s u ấ t c h o k ế t q u ả th u đ ã đ ư ợ c trìn h b ày ở p h ầ n c h u y ê n đề 5.

K et q u ả tín h h iệ u su ấ t th ự c tế th e o c ô n g su ấ t vào c ủ a các trở tả i k h á c n h a u đ ư ợ c

đ ư a ra ở h ìn h 4 2 7 sa u đây:

C ông su ấ t tố i vào (dBm )

Hình 4.27 Hiệu suất theo công suất vào của các trở tải thực tế.

Giá trị hiệu suất lớn nhất đạt được của mạch là 71,5% với điện trở tải là 810ÍÍ

ở mức công suất vào là 23dBm Cũng theo đó điện trở tải tối ưu của mạch là các giá trị trong khoảng 810 íi Khoảng công suất cho giá trị hiệu suất cao trên 60% ở mức 23dBm cho hầu hết các điện trở tải Với tất cả các trở tải khảo sát thì hiệu suất

chuyển đổi cũng tăng khi công suất vào tăng lên Khi công suất lối vào lớn hơn 23dBm thì hiệu suất bắt đầu giảm Điều này có thể được giải thích là khi công suất tăng điện áp lối ra cũng tăng và khi công suất đủ lớn điện áp ra đạt tới giá trị bão hòa

và khi đó hiệu suất sẽ giảm đi Hiệu suất của mạch chỉnh lưu của các tải khảo sát đều

có giá trị lớn hơn 50% khi mức công suất vào trong khoảng từ 15 dBm đến 25 dBm Như vậy trong 4 mạch chỉnh lưu siêu cao tần đã thực hiện, mạch nhân đôi điện

áp được thiết kế với kiểu có mạch phối hợp trở kháng lối vào dùng đoạn dây chêm đơn hở mạch có hiệu suất lớn nhất Mạch cũng có kích thước nhỏ gọn phù hợp cho ứng dụng thực tế yêu cầu thiết kế chế tạo thành các ma trận mạch rectenna Mặc dù vậy, nhược điểm của mạch chính là sử dụng nhiều linh kiện

hom (2 điốt thay vi dùng 1) kiểu mạch mắc nối tiếp cũng như mắc song song.

Dưới đây là bảng so sánh kết quả các mạch chỉnh lưu của tác giả với một số công trình đã công bố.

Loại chỉnh lưu siêu cao tần

Hiệu suẩt (%)

Tần số làm việc

Qua đó nhận thấy mạch nhân áp do tổ đề tài đề xuất có hiệu suất khá tốt so với các kết quả đã công bố khi sử dụng các loại đi ốt khác Đi ốt HSMS2820 có điện áp bão hòa lớn hom sẽ phù hợp với mục đích ứng dụng cho hệ thống MPT (cũng như đề xuất cho hệ thống SPS).

4.4 Thử nghiệm hệ thống truyền năng lượng không dây

Sau khi thiết kế chế tạo các thành phần của hệ thống truyền năng lượng không dây bao gồm các mạch khuếch đại và anten loa phục vụ cho phía phát, các mạch anten và chỉnh lưu siêu cao tần phục vụ cho phía thu, tiến hành thử nghiệm hệ thốn£ truyền năng lượng không dây thực tế ở khoảnẹ cách gần trên mặt đất Trong thực te

có 3 kiểu kết nối các rectenna với nhau: nối tiêp, sonẹ song và hỗn hợp Mô hình thử nghiệm hệ thống đưa ra ở hình 4.28 dưới đây được kểt nối theo cấu trúc song song bởi sự đơn giản và dễ cân bằng về công suất của cấu trúc này.Theo cấu trúc nàỵ thì hệ thống mảng Rectenna đã thực hiện giải pháp cộng cả công suất sóng siêu cao tần ở đầu vào và cộng công suất điện một chiêu DC ở lối ra của mạch chỉnh lưu siêu cao tần Điều này giúp làm tăng năng lượng siêu cao tần đưa vào mạch chỉnh lưu siêu cao tần và cho điện áp lối ra lớn.

Hệ thống thực tế gồm phần phát, phần thu gồm một ma trận 2x2 Rectenna số lượng các Rectenna này là khá nhỏ bởi để có thể thu nhận được nhiều năng lượng hơn cần một số lượng lớn các Rectenna Mặc dù hạn chế về số lượng song với 4 phần

tử ta có thể đánh giá được khả năng cộng công suất ở phía thu Các Rectenna thử nghiệm này sử dụng anten mảng 2x4 và mạch chỉnh lưu siêu cao tần nhân áp phối hợp trở kháng kiểu dây chêm đom Như vậy, mỗi Rectenna đều thể hiện được giải pháp cộng năng lượng sóng siêu cao tần ở lối vào và việc kết nối thành mảng thể hiện được giải pháp cộng năng lượng điện một chiều DC ở lối ra Mảng Rectenna được kết nối theo mảng cấu trúc song song.

Bảng 4.6 mô tả kết quả thu được của điện áp ra, công suất trên tải có giá trị 100Q và hệ số ghép công suất tương ứng với 1, 2 và 4 phần tử Rectenna được thử nghiệm Trong đó hệ số ghép công suất là tỷ sổ giữa công suất trên tải ứng với số Rectenna tương ứng trên công suât trên tải của một Rectenna với cùng một điêu kiện đo.

Công suât (mW)

Hệ sô ghép công suất

Bảng 4.8 Điện áp, công suất ra trên tải và hệ số ghép công suất

Trong trường hợp mảng 2x2 phần tử hệ số ghép công suất chỉ đạt 3,1 so với 4 (giá trị lý tưởng) Điều này có thể được giải thích bởi nhiều nguyên nhân như do tổn hao khi ghép mảng, do các Rectenna không lý tưởng giống nhau và đặc biệt trong trường hợp này là do sự phân bố không đồng đều của mật độ công suất phát ra từ anten loa dùng làm thiết bị phát.

Hình 4.29 Mô hình hệ thống thử nghiệm thực tế

5 Đánh giá về các kết quả đã đạt được và kết luận

Tổ đề tài đã xây dựng đồng bộ hệ thống thử nghiệm, đánh giá hiệu suất biến đổi năng lượng siêu

cao tần thành công suất một chiều DC Đề tài đã hoàn thành nội dung đề ra trong thuyết minh đề tài.

Sản phẩm công nghệ, các bài báo công bố và sản phẩm đào tạo đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt ra

về kinh phí đã sử dụng để triển khai như trong thuyết minh đề tài

Đề nghị cơ quan quản lý khoa học cho nghiệm thu đề tài cấp trường và cấp ĐHQGHN

6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Đề tài QG 15.27 đã nghiên cứu thiết kể, mô phỏng và chế tạo đồng bộ hệ thống truyền năng lượng không dây ở khoảng cách gần làm việc trên băng tần s, tần số 2.45GHz Hệ thống bao gồm tuyến phát và tuyến thu (Rectenna)

Tuyển phát bao gồm các khối chức năng biến đổi điện áp một chiều DC thành dao động siêu cao tần 2.45 GHz Dao động 2.45 GHz được khuếch đại đủ lớn nhờ khối tiền khuếch đại với công suất

ra 2W để kích tầng khuếch đại công suất Tín hiệu ở lối ra tầng tiền khuếch đại được đưa tới khối kích khuếch đại công suất 45 w và cuối cùng là khuếch đại công suất 130W Dao động siêu cao tần với công suất lớn được đưa tới anten phát ra không gian

Tuyến thu (Rectenna) bao gồm anten thu, bộ lọc phối hợp ừở kháng, bộ chỉnh lưu siêu cao tần, bộ lọc thông thấp đưa điện áp một chiều tới tải thuần trở

Hệ thống thu phát được thiết kế, chế tạo, tích hợp đồng bộ, thử nghiệm và đánh giá hiệu suất truyền năng lượng không dây ữong các điều kiện xác định

Project QG 15.27 studied to design, symulate and synchronously manufacture the wireless power transmission system at close range working on the s band, at a frequency of 2.45GHz The system includes the transmitter and receiver (Rectenna)

The transmission line consists of functional blocks that convert DC voltage to 2.45 GHz The 2.45 GHz oscillation is amplified by a preamplifier with 2W output power The output of preamplifier drivers the 45 w power amplifier and finally to the 130W Power amplifier Microwave oscillation with high power is delivered to transmittion antenna

The Rectenna consists of a reception antenna, impedance matching filter, microwave frequency rectifier, low pass filter and DC voltage from output of rectifier to the resistive load

The transceiver system is designed, manufactured, integrated synchronously, tested and evaluated the wireless energy transfer performance under specified conditions

PHẢN III SẢN PHẮM, CÔNG BÓ VÀ KÉT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐÈ TÀI

3.1 Kết quả nghiên cứu

Tên sản phâm Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật

ỉ 1

1 01 bộ tạo dao động dải tân 2.4

GHz tới 2.6 GHz nguồn nuôi

12V một chiều (tương đương

nguồn acqui 12V từ pin năng

lượng mặt trời);

Tần số 2.4 GHz tới 2.55 GHz -Độ ổn định tần số: 10'4 -Công suất phát i5dBm

Tần số 2.4 GHz tới 2.6 GHz -Độ ổn định tần số: 10'6 -Công suất phát 15dBm

1 01 Mô đun công suât phát

I00W ở dải sóng 2.45 GHz sử

dụng LDMOS.

Mô đun 100W vói chức năng

là mô đun CO' sở để chế tạo hệ

thống truyền năng lượng ở

khoảng cách gần.

Công s u ấ t: > 49dBm Dải thông 150MHz (2.4 - 2.55 G H z)

-Hệ số khuếch đại: >35 dB -Dải tuyến tính >30dB -Trở kháng Vào/Ra : 50

Công s u ấ t: > 49dBm Dài thông 150MHz (2.4 -2.6

G H z) -Hệ số khuếch đại: >35 dB -Dải tuyến tính >30dB -Trở kháng Vào/Ra : 50 Q

3 A ntenna phát m ảng (A rray

antenna) 04 phần tử

- Dải làm việc 150MHz (2.4 -2.55 G H z )'

-H ệ số khuếch đại antenna:

G > 6dBi.

-Tổn hao phản hoi Si 1 < - lOdB

- H ướng tính antenna > ± 60°

- Phân cực ngang

- Dải làm việc 150MHz (2.4 -2.6 G H z)

-H ệ số khuếch đại antenna:

G > 8dBi.

-Tôn hao phản hoi Si 1 < - lOdB

- H ướng tính antenna > ± 60°

- Phân cực ngang

29

4 Bộ thu chinh iưu (Rectenna) A ntenna thu: A ntenna thu:

bao gồm A ntenna m ảng thu Dài làm việc 150MHz (2.4 - Dải làm việc 150MHz (2.4

-04 phần tử, bộ phối họp trở 2.55 G H z) 2.6 G H z)

kháng, bộ lọc, bộ chỉnh lưu -H ệ số khuếch đại antenna: -H ệ số khuếch đại antenna:

-Tổn hao phản hồi Si 1 < - -Tổn hao phản hồi s 11 <

RF tại đầu vào Rectenna RF tại đầu vào Rectenna thành DC >50% thành DC >70%

s Bản thiết kế tuyến phát, Các tham số kỹ thuật đảm Các tham số kỹ thuật bằng và antenna phát, và rectenna bảo cho các sản phẩm vưọt yêu cầu về công suất.

Ghi địa chỉ và cảm

ơn sự tài trợ của ĐHQGHN đúng quy đinh

Đánhgiáchung

(Đạt, không đạt)

1 Công trình công bô trên tạp chí khoa học quôc tê theo hệ thông ISI/Scop us

1.1 Đoàn Hữu Chức, Bạch Gia Dương

Investigation o f Rectifier Circuit

Configurations for Microwave

Power Transmission System Operating at s

Band

International Journal o f Electrical and

Computer Engineering (IJECE)- Scopus Index

Voi 5, No 5, October 2015, pp 967-974

Đạt

1.2 Đoàn Hữu Chức Bạch Gia Dương

Desiỵn and Fabrication o f Rectifying Antenna

Circuit for

Wireless Power Transmission System

và cảm ơn theo đún 2 qui định

Thay cho bài tạp

Wừeless Power Transmission System

Operating at ISM Band

International Journal of Electrical and

Computer Engineering (IJECE)- Scopus ndex

Vol 6, No 4, August 2016, pp 1522-1528

2 Sách chuyên khảo được xuất bản hoặc ký hợp đồng xuất bản

5 Bài báo trên các tạp chí khoa học của ĐHQGH

quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ

'í, tạp chí khoa học chuyên ngành yếu hội nghị quốc tế

5.1 Hội nghị Quốc tế ATC 2016

Research, Design and fabrication of 2.45 GHz

Microstrip patch antenna arrays for the close

distance wireless power transmission system

Bạch Hoàng Giang, Nguyễn Văn Giáp, Tạ

Phuomg Linh, Vũ Tuấn Anh, Bạch Gia Dương

và cảm om theo đúng qui định

Đạt

5.2 Hội nghị Quốc tế ATC 2016

Research, Design and Fabrication of a Data

Transceiver Module for Vessel Monitoring

Systems

Nguyễn Đình Thế Anh, Lê Xuân Huy, Vũ

Tuấn Anh, Bạch Gia Dương

và cảm om theo đúng qui định

Cột sản phẩm khoa học công nghệ: Liệt kê các thông tin các sàn phẩm KHCN theo thứ tự

<tên tác giả, tên công trình, tên tạp chí/nhà xuất bản, sổ phát hành, năm phát hành, trang đăng công trình, mã công trình đăng tọp chí/sách chuyên khảo (DOI), loại tạp chí ISI/Scopus>

Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cảo KH, sách chuyên khảo ) chi đươc chấp nhân nếu

' 31

PHẢN V TÌNH HÌNH s ử DỤNG KINH PHỈ

Kinh phí được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

Ghi chú

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con 99 99

Hà Nội, ngày thảng 05 năm 2017

Đơn vị chủ trì đề tài

Phạm Bảơ Sơn

PHÀN VI PHỤ LỤC (minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

34

Chuyên đề 1 TỎNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYÈN NĂNG

LƯỢNG KHÔNG DÂY TRÊN DẢI SÓNG SIÊU CAO TẦN

Truyền dẫn năng lượng không dây WPT (Wừeless Power Transmission) là một trong những giải pháp đầy triển vọng ữong những trường hợp chúng ta cần truyền năng lượng tới những nơi có địa hình hiểm trở, hải đảo hoặc truyền năng lượng từ vũ trụ về trái đất, v.v Nếu sóng điện từ được sử dụng có tần số nằm trong dải sóng viba thì chúng ta gọi đó là truyền năng lượng sử dụng sóng siêu cao tần MPT (Microwave Power Transmission) Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPT là sử dụng cho hệ thống truyền năng lượng mặt ừời từ vệ tinh thu năng lượng mặt ừời SPS (Solar Power Satellite) trong vũ trụ truyền về trái đất Đặc biệt sau thảm họa điện hạt nhân Fukashima tại Nhật Bản thì vấn đề về khai thác năng lượng sạch trong đó có năng lượng mặt trời sử dụng vệ tinh SPS lại càng được quan tâm nghiên cứu

Nikola Tesla là người phát minh

radio, ông được coi là cha đẻ

truyền dẫn không dây Ông là

trong những người đầu tiên đưa

tưởng truyền năng lượng không

và ông đã chứng minh cũng như

tin tưởng vào việc truyền năng

lượng điện không dây từ rất sớm

năm 1891 Năm 1893 Nikola

Tesla đã biểu diễn sự thắp sáng

không dây cho các bóng đèn

huỳnh quang tại triển lãm

Chicago Tháp Wardenclyffe

được ông thiết kế chủ yếu phục vụ cho việc truyền năng lượng điện không dây hơn là truyền điện túi [1-3].

Năm 1904 một khinh khí cầu dạng mô tô bay đã được truyền năng lượng không dây với công suất khoảng 0,1 mã lực (75W) với khoảng cách truyen là lOOfeet (30m)

Năm 1961 Brown đã đăng bài báo đầu tiên đề xuất việc truyền năng lượng bàng sóng siêu cao tần và năm 1964 ông đã trình diễn mô hình máy bay trực thăng thu năng lượng từ chùm tia siêu cao tần để bay ở tần số 2,45GHz trong dải tần dành cho các ứng dụng về công nghiệp, nghiên cứu khoa học và y tế, gọi là băn^ tần ISM (Industry, Science, and Medical) Việc thử nghiệm truyền không dây với công suat vài chục kw đã được thực hiện năm 1975

tại Goldstone ở California và năm 1997 ở Grand Bassin trên đảo Reunion

Năm 2001, công ty Splashpower ở Anh đã sử dụng các cuộn dây cộng hưởng trong một mặt phẳng để truyền hàng chục Watt vào các thiết bị khác nhau bao gồm cả đèn chiếu sáng, điện thoại di động, PDA, iPod, v.v

Năm 2004 phương thức truyền công suất cảm ứng đã được sử dụng khá rộng rãi cho nhiều công đoạn khác nhau, doanh thu đạt khoảng 1 tỷ USD đối với các lĩnh vực bán dẫn, LCD và chế tạo màn hình plasma

Năm 2007 một nhóm nghiên cứu do giáo sư Marin Soljacic ở MIT đã truyền năng lượng không dây để thắp sáng một đèn điện 60W với hiệu suất 40% với khoảng cách 2m, sử dụng hai cuộn dây có đường kính 60 cm, nhóm đã phát triển lý thuyết truyền năng lượng không dây tường minh hom

Năm 2008 Intel đã lặp lại các thí nghiệm cùa Tesla trong năm 1894 và của giáo sư John Bovs trong năm 1988 bằng cách cấp điện không dây cho một bóng đèn ở cự ly gần với hiệu suat đạt 75%

Năm 2009 một tổ hợp mang tên tổ hợp công suất không dây tuyên bố họ đang hoàn thiện việc thiết lập chuẩn công nghiệp mới đối với quá trình nạp điện không dây bằng công nghệ cảm ứng với công suất thấp Cũng trong năm này một mô hình điện phân tích đơn giản về

hệ thống truyền năng lượng cộng hưởng đã được đề nghị và áp dụng cho quá trình truyền năng lượng không dây cho một số loại thiết bị điện

Năm 2010 tập đoàn Haier biểu diễn TV với màn hình LCD hoàn toàn không dây đầu tiên ứên thế giới tại hội chợ CES 2010 trên cơ sở các nghiên cứu của nhóm của giáo sư Marin SoỊiacic ở MIT về WPT và giao diện số không dây trong nhà

2 Cơ sở lý thuyet

Như đã biết, năng lượng điện từ luôn gắn liền với sự tồn tại và lan truyền của sóng điện tò Chúng ta có thể sử dụng tất cả các lý thuyết về sóng điện từ khi nghiên cứu về truyền năng lượng không dây WPT Sự khác nhau giữa WPT và hệ thống thông tin chi ở hiệu suất Hệ phương trình Maxwell chỉ ra rằng trường điện từ và năng lượng của nó tồn tại theo tất cả các hướng Mặc dù trong hệ thống thông tin chúng ta cũng truyền năng lượng nhưng theo tất cả các hướng Năng lượng bộ thu nhận được đủ cho việc truyền dẫn thông tin nhưng hiệu suất thì lại rất thấp Do đó, chúng ta không gọi các hệ thống đó là hệ thống truyền năng lượng khong dây WPT [3]

Thường WPT là hệ thống truyền năng lượng điểm tới điểm Với WPT chúng ta có thể tập trung năng lượng cho bộ thu tốt hom Người ta đã chứng minh được rằng hiệu suất truyền năng lượng không dây có thể đạt tới 100% Chúng ta có thể tập trung truyền năng lượng siêu cao tần tới vùng thu nhận sử dụng lý thuyết về sự phân bố năng lượng dạng hình nón cùa anten phát Các loại phân bố phổ biển là Gauss, Taylor và Chebychev Những dạng hình

36

nón này được sử dụng để triệt tiêu các búp sóng phụ Điều này làm tăng hiệu suất truyền năng lượng.

ứ n g dụng lớn nhất của WPT qua sóng siêu cao tần là cho vệ tinh thu nhận năng lượng mặt trời trong không gian SPS SPS là một vệ tinh được thiết kế như một trạm phát điện khổng

lồ đặt trên quỹ đạo địa tĩnh GEO (Geostationary Earth Orbit) Nó bao gồm ba thành phần chính: jphần thu nhận năng lượng mặt trời và biến đổi thành năng lượng điện một chieu DC; biến đổi DC thành sóng siêu cao tần; dãy anten đưa chùm tia sóng siêu cao tần công suất về trái đất Đầu tiên việc thu năng lượng mặt trời có thể sử dụng các tế bào quang điện hoặc tuốc bin nhiệt năng lượng mặt trời Việc biến đổi từ DC sang chùm sóng siêu cao tần có thể được thực hiện nhờ hệ thống dùng các ống điện từ hoặc các hệ thống dùng bán dẫn Cũng có thể người ta kết hợp cả hai phương pháp trên Thành phần thứ ba là một anten mảng khổng

lồ Bảng 1 đưa ra những thông số thông dụng của một anten dùng cho SPS Một búp sóng (chính) được truyền qua anten phát nhăm n â n | cao hiệu quả của việc thu nhận chùm tia và giảm ảnh hưởng của các búp sóng phụ trong tẩt cả các thiết kế SPS Thông thường biên độ một taper là lOdB Gauss ở đó mật độ công suất ở trung tâm của anten phát lớn gấp 10 lần so với bên cạnh của nó [3]

Mô hình của một hệ thống truyền năng lượng dùng sóng siêu cao tần sử dụng vệ tinh SPS được cho ở hình 2 Theo đó SPS bao gồm các thành phan chính là: Khối thiet bị thu năng lượng mặt trời và khối ma trận phát (bao gồm các thành phần tạo, khuếch đại sóng siêu cao tần và anten mảng khổng lồ) [3-5]

Khối thiết bị thu năng lượng mặt trời, thường bao gồm hệ thống gương để hội tụ năng lượng mặt trời vào các panel pin mặt trời có hệ thống cơ khí điều chỉnh để các panel này luôn hướng về phía mặt trời Ngoài ra còn có bộ phận biến đổi năng lượng mặt ười thành năng lượng điện một chiều DC thích hợp cung cấp cho các thiết bị siêu cao tần hoạt động Mục tiêu iuệu suất chuyển đổi quang điẹn từ 35 - 50%

Khối ma trận phát gồm các linh kiện phát chùm tia siêu cao tần ở tần số 2.45 GHz hoặc 5.8

GHz) Mục tiêu hiệu suất chuyển đổi > 80% Các linh kiện viba được sử dụng chủ yếu là

Klystron, Magnetron, ống dẫn sóng (Travelling wave tube) Các loại máy phát này đã được

so sánh dựa trên hiệu suất, công suất lối ra, trọng lượng và họa âm phát Hiệu suất chuyển đổi DC-RF của một ống chân không siêu cao tần có the hơn 65 - 70% tro n | khi đỏ đối với các máy phát bán dẫn chi đạt 40% Như vậy công nghệ ống sóng siêu cao tan có hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn công nghệ bán dẫn, tỉ lệ công suất trên đơn vị ứọng lượng cũng nhỏ hơn (kw/kg) Đối với các máy phát năng lượng hiệu suất cao thì việc thiết kế tạo ra lượng họa âm thấp và các bộ dịch mất pha thấp là cực kì quan ứọng

Tất cả các loại anten dùng trong hệ thống thông tin đều có thể sử dụng cho SPS Mặc dù vậy

để có thể thực hiện được việc truyền sóng siêu cao tần công suất lớn cỡ hàng GW thì cần phải sử dụng hệ thống anten mảng pha

Chùm tia siêu cao tần từ SPS phát về trái đất được thu nhận bởi hệ thống các anten có gắn mạch chỉnh lưu được gọi là Rectenna Rectenna sẽ chuyển năng lượng sóng siêu cao tần thành năng lượng điện một chiều DC để cunjj cấp trực tiếp cho tải hoặc được biến đổi thành xoay chiều AC và hòa vào mạng lưới cung cap điện thương mại

Để có thể thực hiện thành công hệ thống SPS cần có sự ứng dụng liên ngành về các công nghệ sử dụng cho phần thu, phát chùm công suất siêu cao tần và điều khiển chùm tia này

Mô hình của một hệ thống truyền năng lượng dùng sóng siêu cao tần sử dụng vệ tinh SPS được cho ở hình 2 Theo đó SPS bao gồm các thành phan chính là: Khối thiet bị thu năng lượng mặt ữời và khối ma trận phát (bao gồm các thành phần tạo, khuếch đại sóng siêu cao tần và anten mảng khổng lồ) [3-5].

Khối thiết bị thu năng lượng mặt trời, thường bao gồm hệ thống gương để hội tụ năng lượng mặt trời vào các panel pin mặt trời có hệ thống cơ khí điều chỉnh để các panel này luôn hướng về phía mặt trời Ngoài ra còn có bộ phận biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện một chiều DC thích hợp cung cấp cho các thiết bị siêu cao tần hoạt động Mục tiêu hiệu suất chuyển đổi quang điẹn từ 35 - 50%

Khối ma trận phát gồm các linh kiện phát chùm tia siêu cao tần ở tần số 2.45 GHz hoặc 5.8 GHz) Mục tiêu hiệu suất chuyển đổi > 80% Các linh kiện viba được sử dụng chủ yếu là Klystron, Magnetron, ống dẫn sóng (Travelling wave tube) Các loại máy phát này đã được

so sánh dựa trên hiệu suất, công suất lối ra, ừọng lượng và họa âm phát Hiệu suất chuyển đổi DC-RF của một ống chân không siêu cao tần có the hom 65 - 70% tro n | khi đó đối với các máy phát bán dẫn chỉ đạt 40% Như vậy công nghệ ống sóng siêu cao tần có hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn công nghệ bán dẫn, tỉ lệ công suất ứên đom vị trọng lượng cũng nhỏ hơn (kw/kg) Đối với các máy phát năng lượng hiệu suất cao thì việc thiết kế tạo ra lượng họa âm thấp và các bộ dịch mất pha thấp là cực kì quan trọng

Tất cả các loại anten dùng trong hệ thống thông tin đều có thể sử dụng cho SPS Mặc dù vậy

để có thể thực hiện được việc truyền sóng siêu cao tần công suất lớn cỡ hàng GW thì cần phải sử dụng hệ thống anten mảng pha

Chùm tia siêu cao tần từ SPS phát về trái đất được thu nhận bởi hệ thống các anten có gắn mạch chinh lưu được gọi là Rectenna Rectenna sẽ chuyển năng lượng sóng siêu cao tần thành năng lượng điện một chiều DC để cung cấp trực tiếp cho tải hoặc được biến đổi thành xoay chiều AC và hòa vào mạng lưới cung cap điện thương mại

Để có thể thực hiện thành công hệ thống SPS cần có sự ứn^ dụng liên ngành về các công

nghệ sử dụng cho phần thu, phát chùm công suất siêu cao tan và điều khiển chùm tia này Một điều thuận lợi là có thể sử dụng những thành tựu đạt được trong lĩnh vực truyền thông

mW/cm2 mW/cm2 mW/cm2

JAXA: Japan Aerospace Exploration Agency, NASA: National Aeronautics and Space Administration, DOE: U.S Department Of Energy

3 Các thành phần chính của hệ thống truyền năng lượng không dây MPT

Ở khối phát bao gồm các bộ nguồn một chiều DC được tạo ra từ các panel pin mặt ữời dùng cho cả hệ thống, bộ dao động o sc tạo tín hiệu sóng siêu cao tần 2.45GHz, tín

Module khuéch dại

Tin hiệu

Bộ chia công suất 1:N

= g =

Bộ kết hợp N:1

= § =

Bộ kết hợp N:1

Hình 4 Sơ đồ ghép các khối công suất