批准登记号：9512019Y0892

推荐单位：广安市科技局

批准登记日期：2019-12-24

研究起始日期：2017-01

研究终止日期：2018-12

成果密级：非密

成果属性：国内技术二次开发

关键词：

成果体现形式：新产品

成果所处阶段：中期阶段

成果水平：

合作形式：与院校合作

学科分类号：

中图分类号：

战略性新兴产业：

所属高新技术领域：电子信息

成果应用行业：制造业

成果简介：一、课题来源及背景 本课题来源于科技支撑计划，由华蓥市高科德电子科技有限公司及电子科技大学共同完成。背景如下： 伴随着电子信息产业的不断发展，智能终端电子设备随处可见，由于其功能的越来越强大，导致一定时间内的耗电量也随之不断增长，手机等便携式设备经常熬不过一天，甚至每天得充好几次电，当前主流的充电方式是通过传统的有线充电器，一端连接输入的交流电源，另一端连接智能移动终端。虽然这种传统的有线充电方式具有制作简单，价格低，充电效率高等诸多优点，但也确有诸多不足之处： （1）频繁的插拔线头易使线头损坏，甚至使智能移动终端设备接口接触不良； （2）智能终端设备设备在充电时的移动范围受到导线长短的限制，使其机动性能力降低； （3）有线充电在潮湿环境、煤矿油田等火花易爆环境、医用植入式仪器环境等的特殊环境下有其局限性，具有一定的安全隐患； （4）市场上的有限充电器种类繁多，不同公司生产的产品，甚至同一公司生产的同一类型但不同型号产品的充电接口也不一致，由此就会导致兼容性出现问题，影响设备的正常工作； （5）近来接连发生多起因边有线充电边打电话导致充电电流过大而使得锂电池爆炸的事故。 二、技术原理及性能指标 （一）技术原理 课题一：小型化非定向接收转换天线技术研究 技术关键1：2.4GHz频段整流天线的接收天线采用微带天线，通过对地板开环形槽以及引入了两个带有90度相位差的馈电线，使该天线具备双向辐射圆极化波的能力，并可以减小体积和增加阻抗以及轴比带宽，从而使天线能覆盖2.4GHz频段的所有频率。同时，采用单级倍压整流电路进行整流，可以减小损耗，增大转换效率。 技术关键2：3频带整流天线的接收天线采用带有四分之三圆环的自相移结构的正交偶极子天线，通过在两相邻偶极子臂之间引入寄生贴片和细偶极对，可以展宽天线的轴比带宽。在单级倍压电路的基础上加入三频匹配电路构成三频整流器。 技术关键3：4频带整流天线的接收天线通过移相功分馈电网络将四个偶极子天线旋转连接起来，通过对每个偶极子臂变形以及对馈电网络周围加金属壁，使得天线的工作频段和增益得以提升。为实现四个频段的完全覆盖，四频整流器由两个共用同一负载电阻的单级倍压整流电路分别与一个双频匹配电路相连构成。 课题二：微电流可充电技术研究 技术关键：芯片的选择以及对应外围电路的设计。选取集超低电压、升压变换器、电源管理器、超级电容器于一体的电源管理芯片LTC3108为关键点。系统主要由升压变换器、超级电容器、若干电容与该芯片共同组成，其中，升压变化器参数选择要考虑系统在低压状态下的工作状况。 课题三：中短距离空间电磁能无线传输和回收技术研究 首先设计能够实现电能无线传输的系统，接着对其进行多档位以及监测显示功能扩展。 技术关键1：设计包括电源产生电路、方波信号发生电路、功率放大电路、驱动电路、谐振电路、整流电路、滤波电路、负载电路的能够实现电能无线传输的系统。 技术关键2：对能够实现电能无线传输的系统进行多档位调节优化设计，通过分析信号频率与输出之间的关系曲线，设置输出功率呈均匀增加状态的不同档位，通过单片机外围晶振与内部定时器共同作用产生不同档位对应的不同输出信号，从而使系统具有多档位功率动态输出功能。 （二）性能指标 1．本项目已经完成了三款面向微能量回收应用的整流天线。其中一款为2.4GHz圆极化微带整流天线，接收天线采用双馈电带环形槽微带天线，实现了双向圆极化宽带高增益特性。其余为两款宽频带整流天线。其中一款是三频段圆极化正交偶极子整流天线，另一款是四频段圆极化偶极子阵列整流天线。 2．本项目已经完成一款可以应用在整流天线和无线电能传输系统接收侧输出端的DC/DC升压储能电路。 3．本项目已经完成一种具有多个档位调节的无线电能传输系统。该系统的建立基于电磁共振技术和单片机技术，由于单片机技术的引入，方便产生一个频率及占空比可以调节的发生信号，通过按键控制档位。 三、技术的创造性与先进性 1.携带更方便、充电方式更便捷、成本更低、不需要连接线、安全性能更高等； 2.密封性好，可以避免触电危险； 3.有利于实现充电接口的标准化； 4.能够使日益忙碌的人们感受到充电的便携等。 四、技术的成熟程度，适用范围和安全性 目前已生产出一款便携式快速无线充电器，适用于手机、平板电脑等智能终端产品，产品经过第三方专业机构检测，安全可靠。 五、应用情况及存在的问题 1.DC/DC升压储能电路的LTC3108芯片的封装设计的不太合理，给焊接带来了困难。 2.本研究设计的充电功率可调的电能无线传输系统，传输功率仍然不理想，传输距离仍然不够远。 六、历年获奖情况 无

成果公报内容：1．本项目已经完成了三款面向微能量回收应用的整流天线。其中一款为2.4GHz圆极化微带整流天线，接收天线采用双馈电带环形槽微带天线，实现了双向圆极化宽带高增益特性。单频整流器由单频匹配电路与单级倍压整流电路相连而成，具备较低的损耗特性。通过对接收天线和整流器分别加工和测试，验证了该整流天线能覆盖2.4GHz频段，增益和辐射效率分别为3.72dBi和89.6%，同时实现了双向圆极化波辐射。 其余为两款宽频带整流天线。其中一款是三频段圆极化正交偶极子整流天线，另一款是四频段圆极化偶极子阵列整流天线，两款整流天线均采用具备较高辐射效率的偶极子天线作为接收天线，实现圆极化的馈电结构分别是自相移和功分相移结构。三频段和四频段整流器分别由三频段和四频段匹配电路与单级倍压整流电路构成。通过加工和测试，两款整流天线分别覆盖GSM1800/UMTS2100/2.4G频段和GSM900/GSM1800/UMTS2100/2.4G频段，并验证了当多信号同时输入时，整流效率将会得到显著提升。 2．本项目已经完成一款可以应用在整流天线和无线电能传输系统接收侧输出端的DC/DC升压储能电路。通过在电源管理芯片LTC3108的外围电路中合理的加入升压变换器、超级电容器以及电容元件，在超低输入电压87500mV范围内，主输出端输出的电压Vout等于3.3V，LDO输出端输出的电压等于2.2V，并经过一定时间的充电后，超级电容器两端电压可达5V。 3．本项目已经完成一种具有多个档位调节的无线电能传输系统。该系统的建立基于电磁共振技术和单片机技术，由于单片机技术的引入，方便产生一个频率及占空比可以调节的发生信号，通过按键控制档位。由单片机以及外围电路组成的方波信号发生器产生的可变方波信号，传递给驱动电路以及振荡电路，产生一个高频率的AC信号，由振荡电路中的电感线圈与接收电路中的电感线圈产生电磁感应，从而以无线的方式获得能量。并且在传输过程中，传输功率可以调节，传输时的电压状态可以监测并且数字化显示。