Hình 3.42: Kết quả đo tham số S11 trên máy phân tích mạng.
Nhận xét: Từ hình ảnh kết quả, ta thấy Anten mảng vi dải đạt phối hợp trở kháng tốt tại 2.45GHz, giá trị S11 đạt -21dB(điểm M1) và có băng thông - 10dB từ 2.36GHz(điểm M2) đến 2.53GHz(điểm M3) (khoảng 170MHz). Các kết quả này đều đạt yêu cầu đã đặt ra và phù hợp với ứng dụng truyền năng lượng ở khoảng cách gần.
3.5. Nghiên cứu, thiết kế mạch chỉnh lưu rectenna
3.5.1. Mạch nhân áp phối hợp trở kháng theo kiểu đoạn dây chêm đơn hở mạch.
- Để đảm bảo công suất thu được từ anten được truyền toàn vẹn đến bộ chỉnh lưu, ta cần thiết kế thêm mạch phối hợp trở kháng trên đường truyền.
Hình 3.43: Sơ đồ nguyên lý mạch nhân áp phối hợp trở kháng theo kiểu đoạn dây chêm đơn hở mạch.
Hình 3.45: Thiết kế layout mạch nhân điện áp có phối hợp trở kháng.
Hình 3.46: Sản phẩm thực tế mạch nhân điện áp có phối hợp trở kháng.
Nhận xét: Qua mô phỏng ta thấy được mạch nhân điện áp có phối hợp trở kháng dùng đoạn dây chêm hở mạch hoạt động tốt ở tần số 2.45GHz với tham số phối hợp trở kháng S11 đạt -19dB. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy với công suất tín hiệu lối vào là 1,7W, thì điện áp một chiều DC đo được trên tải là khoảng 5,2V, mô đun sản phẩm có thiết kế nhỏ gọn, hoạt động tốt, các tham số này phù hợp với tiêu chí của mạch chỉnh lưu dùng cho bộ thu trong hệ thống truyền năng lương không giây dùng cho sạc điện thoại ở khoảng cách gần.
3.6. Thử nghiệm 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 phục vụ cho phía phát, các
mạch rectenna chỉnh lưu cho phía thu, ta thử nghiệm hệ thống truyền năng lượng không dây thực tế ở khoảng cách gần trên mặt đất. Mô hình thử nghiệm hệ thống được đưa ra ở hình 3.47 dưới đây:
Hình 3.47: Mô hình thử nghiệm truyền năng lượng không dây.
- Các rectenna thử nghiệm này sử dụng anten mảng vi dải nhiều phần tử 2x4 và mạch chỉnh lưu siêu cao tần nhân áp phối hợp trở kháng kiểu dây chêm đơn hở mạch. Như vậy, mỗi Rectenna đều thể hiện được giải pháp công 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 và điện áp một chiều ở lối ra sẽ được cộng lại trước khi được tiêu thụ trên tải.
KẾT LUẬN
Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của GS.TS Bạch Gia Dương cùng với sự nỗ lực, cố gắng của bản thân, đến nay toàn bộ nội dung của luận văn đã được hoàn thành, đáp ứng yêu cầu đặt ra về thiết kế bộ phát – thu năng lượng dùng sóng siêu cao tần ở khoảng cách gần dùng cho ứng dụng sạc điện thoại di động. Quá trình thực hiện luận văn đã giúp em tìm hiểu về thiết kế mạch siêu cao tần, sự khó khăn khi triển khai ứng dụng siêu cao tần từ lý thuyết đến thực tế, có thêm được nhiều kinh nghiệm và kỹ năng làm việc quý báu. Từ cơ sở lý thuyết về kỹ thuật siêu cao tần, kỹ thuật phối hợp trở kháng, tìm hiểu về anten mảng vi dải nhiều phần tử, bộ nhận sóng – chỉnh lưu rectenna, luận văn đã đạt được các kết quả sau:
Tìm hiểu tổng quan về truyền năng lượng không dây ở khoảng cách gần dùng sóng siêu cao tần.
Nghiên cứu về cấu trúc bộ phát – thu năng lượng sóng siêu cao tần
Nghiên cứu tổng quát về kỹ thuật siêu cao tần, các tham số cơ bản, nghiên cứu kỹ thuật phối hợp trở kháng, kiến thức cơ bản về anten mảng vi dải nhiều phần tử.
Chế tạo thành công mô đun khuếch đại công suất gồm bộ khuếch đại đệm và bộ khuếch đại công suất với hệ số khuếch đại 16 dB hoạt động ở tần số 2.45GHz.
Chế tạo thành công anten mảng vi dải nhiều phần tử với độ lợi 10dB và phối hợp trở kháng tốt tại tần số 2.45GHz.
Nghiên cứu, mô phỏng và chế tạo mạch chỉnh lưu siêu cao tần có phối hợp trở kháng hoạt động tốt ở tần số 2.45GHz.
Do thời gian có hạn, luận văn vẫn chưa chạy thử nghiệm bộ sạc nhiều để tối ưu hiệu năng của các mudule như bộ khuếch đại, nâng cao hiệu suất thu phát của anten và hiệu suất chuyển đổi RF-DC, đây sẽ là mục tiêu và định hướng phát triển của luận văn trong tương lai.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt:
[1] Đào Khắc An, Trần Mạnh Tuấn, Vấn đề an ninh năng lượng và các giải pháp
khai thác năng lượng mặt trời từ vũ trụ truyền về trái đất, NXB Khoa học kỹ thuật,
Hà Nội, 2011.
[2] GS.TSKH Phan Anh, Lý thuyết và kỹ thuật ăng ten, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007.
[3] GS. TSKH Phan Anh, Trường điện từ và truyền sóng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[4] Bạch Gia Dương, Trương Vũ Bằng Giang. Kỹ thuật siêu cao tần, NXB
ĐHQGHN, Hà Nội, 2013.
[5] Đoàn Hữu Chức, Nghiên cứu giải pháp truyền năng lượng siêu cao tần phục
vụ cho khai thác năng lượng mặt trời, luận án Tiến sĩ trường Đại học Công Nghệ,
ĐHQG HN, 2017. Tài liệu tiếng anh:
[6] David M.Pozar, Microwave Engineering 4th edition, John Wiley & Son, Inc,
2012.
[7] Constantine A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design 3rd edition, John Wiley & Son, Inc.
[8] Doan Huu Chuc, Bach Gia Dương, Design and Fabrication of Rectifying Antenna Circuit for Wireless Power Transmission System Operationg at ISM Band,
International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). Website:
[9] http://www.alldatasheet.com/ [10] https://en.wikipedia.org/