激光無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、本課題旨在為解決微型飛行器、微小衛(wèi)星等無法實(shí)現(xiàn)有線能量傳輸?shù)脑O(shè)備續(xù)航能力受限等問題進(jìn)行的激光無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能研究。通過將激光無線能量傳輸系統(tǒng)分成四個模塊，分別探討了激光器種類選擇、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直模塊設(shè)計(jì)、高強(qiáng)度單色激光照射光電池時光電轉(zhuǎn)換效率的機(jī)理、直流升壓芯片選擇及外圍電路設(shè)計(jì)等問題，并采用理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量相結(jié)合的方法，優(yōu)化各模塊的能量轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)激光無線能量傳輸系統(tǒng)的高效運(yùn)行。
　　首先，闡述了本課題研究內(nèi)容的目的

2、和意義，通過總結(jié)和比較常見的無線能量傳輸技術(shù)，結(jié)合課題需求，重點(diǎn)介紹了激光無線能量傳輸技術(shù)的特點(diǎn)、關(guān)鍵部件以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。在分析激光無線能量傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將激光無線能量傳輸系統(tǒng)分解為四個模塊，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測量的方法對各模塊工作性能進(jìn)行了優(yōu)化。
　　其次，通過分析總結(jié)影響激光無線能量傳輸?shù)母鞣N因素，以此作為選取激光發(fā)射模塊的理論依據(jù)，并分別對其工作原理、基本結(jié)構(gòu)以及輸出特性作了介紹。根據(jù)高斯光束的傳輸

3、特性和具體激光器的輸出參數(shù)，通過ZEMAX仿真的方法設(shè)計(jì)了一套針對系統(tǒng)特點(diǎn)的非球面透鏡組作為系統(tǒng)的光束整形模塊。通過比較常見光電池的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及光電轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)，選擇了高效 GaAs光電池作為激光無線能量傳輸系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件，采用不同波長和功率密度的激光對其轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和理論解釋。通過分析比較選擇了合適的升壓芯片，設(shè)計(jì)、優(yōu)化相應(yīng)的外圍電路作為升壓、電能存儲模塊，實(shí)現(xiàn)了光電池輸出電能的高效存