726· 北京科技大学学报 2005年第6期 61 电压值与静态时的输出电压值基本上是相等的， 这是因为交错速度与电磁场的传播速度相比是 52 很小的，所以交错速度对能量接收的影响也是很 42 小的，交错速度只能影响所接收能量周期变化的 频率，而不能改变接收的效率. 3 接收天线接收到的能量转换为直流电后，由 于接收能量本身波动的原因，输出的电压值也是 678910 波动的，为考察该波动直流电的作功能力，参照 距离/mm 交流电的有效值概念来计算该波动直流电的有 图？多对多天线传能接收功率与距离的关系 效值.通过计算，在交错速度为5ms时的等效 Fig.7 Relation of the received power with the distance between more pairs of antennas 理想直流电压值与速度为10m·s时的有效值相 收功率通过能量转换后的直流电压值，图9分别 当，为5.4V.虽然这里的电压值只是空载时的 显示的是交错速度为5ms和10ms时的时间 值，当接上负载后端电压会有所降低.但将所有 与电压关系， 接收天线的输出能量经转换后的电压源并联后， 从图9可以看出，输出电压值随时间轴做周 带负载能力会有较大提高. 期性的变化，而且交错速度的增加也会使得电压 当将发射和接收天线布置为一个阵列时，如 值变化的频率增加，如当交错速度为5m·s时电 布置20片发射天线时，这时就可接收到620-980 压变化频率为2.5×10H,交错速度为10m·s时 mW的功率.对于一个采用低功耗设计的扭矩监 电压变化频率则为5.0x10五.对于接收天线来 测系统来说，其功耗最多只需要500mW,所以 说它所处的电磁场环境也是呈周期性变化的，当 采用本方案来传输能量是可以满足实际应用需 它与一片发射天线正对面时，这时的电磁场强度 要的， 达到极大值，其电压值也达到极大值：随着它的 6.0 偏移，电磁场逐渐减弱，电压值也随之逐渐减小， 当其处于两片发射天线的中间时电磁场最弱，相 应的电压值也达到极小值：随后又开始进入下一 片发射天线的近场区，电磁场又逐渐增强，电压 5.0 值也逐渐提高，当与下一片发射天线正对面时， 电磁场以及电压值均达到极大值.如此循环往 复，接收天线所处的电磁场环境以及其输出的电 压值就表现为周期性变化.这种变化的频率与交 错速度是密切相关的，速度越快，频率越高.在这 个过程中，接收天线在某个瞬间所处位置的输出 出 5.0 0.005 0.010 0.015 0.020 时间s 天线1 天线2 图9交错速度为(m)5ms'和b)10ms的电压与时间的关系 Fig.9 Rrelations of voltage with time at crisscross velocities of (s) 5ms-and (b)10ms- 3结论 图8天线交错位量示意图 本文对基于微带天线的能量传输过程进行 Fig.8 Position relation of microstrip antennas under the condi- tion of crisscross motion 了详细的研究.首先进行了总体方案的分析，提， ‘ 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 并邻那曰追活 一 一 一 一二一一一 距 离 口功 图 ， 多对 多天 线传 能接收功率与距离的关系 价 伽 溉 钾 初 场 曲 配 七叶 。 牌 ” 叨加 收功率通过 能量 转换后 的直流 电压 值 图 分 别 显 示 的是 交错速 度 为 · 一 ’和 · 一 ’时 的时间 与 电压 关 系 从 图 可 以看 出 ， 输 出 电压 值 随 时 间轴 做 周 期性 的变化 ， 而且 交错速度 的增加也会 使得 电压 值 变 化 的频 率增加 如 当交错速度 为 · 一 ’ 时 电 压 变 化频率 为 护 ， 交 错速度 为 · 一 ’ 时 电压 变化频率则 为 对 于 接收天 线来 说 它所 处 的 电磁场 环 境也 是呈 周期 性变化 的 ， 当 它 与一 片发射天 线 正对 面 时 ， 这 时 的 电磁场 强度 达 到极 大值 ， 其 电压值 也达 到极 大值 随着 它 的 偏 移 ， 电磁场 逐渐减弱 ， 电压 值 也随之逐 渐减 小 ， 当其 处 于两 片发射天 线 的 中间时 电磁 场最弱 ， 相 应 的 电压值也达 到极 小值 随后又 开始进 入 下一 片 发射 天线 的近场 区 ， 电磁场 又 逐渐 增 强 ， 电压 值 也逐 渐提 高 ， 当与 下 一 片发射 天 线 正对 面 时 ， 电磁场 以及 电压 值 均 达 到 极 大 值 如此 循 环 往 复 ， 接 收天线所 处 的 电磁场环境 以及 其输 出的 电 压值就表现 为周 期性 变化 这种变化 的频率与 交 错速度是密 切相 关 的 ， 速度越快 ， 频率越 高 在这 个过程 中 ， 接 收天 线在 某 个瞬 间所处位置 的输 出 ‘ 二 电压值 与静态 时 的输 出 电压值基 本上 是相等 的 ， 这 是 因 为 交错 速 度 与 电磁 场 的传 播速 度 相 比是 很 小 的 ， 所 以交错速度 对 能量接 收的影 响 也是 很 小 的 ， 交错速度只 能影 响所接 收能量周 期变化 的 频 率 ， 而 不 能 改变 接收的效 率 接 收天 线接收到 的 能量转换 为直 流 电后 ， 由 于接 收 能量本身波动 的原 因 ， 输 出的 电压 值 也是 波动 的 为考 察 该 波 动 直 流 电的作 功 能 力 ， 参 照 交 流 电的有 效 值 概念 来计 算 该 波动 直 流 电 的有 效值 通 过 计 算 ， 在 交错速 度 为 · 一 ‘ 时 的等 效 理想 直流 电压 值与速 度 为 · 一 ，时 的有 效值 相 当 ， 为 虽 然这 里 的 电压 值 只 是 空载 时 的 值 ， 当接上 负载后 端 电压 会 有所 降低 但 将 所有 接 收天线 的输 出能量经 转 换后 的 电压 源 并联后 ， 带 负载 能力会 有较 大提 高 当将 发射和接收天 线布置 为 一个 阵列 时 ， 如 布 置 片 发射 天 线 时 ， 这 时就 可接 收 到 一 的功率 对 于 一个采 用低 功耗 设计 的扭矩监 测系统 来 说 ， 其 功耗 最 多只 需要 ， 所 以 采 用 本 方 案 来 传 输 能 量 是可 以满 足 实 际应 用 需 要 的 “ 丽厂一一一一一一一一一一一一门 赶 田 留 · ” 丽 留、田李 一 别尸 · ， 口 … ， 天线 天线 时间 图 ， 交错速度为 · 一 ‘和 伪 · 一 ，的 电压 与时 间的关系 咨， 碑 伽” 乎 衍伍 以 砚 ， 柱。 ， 一 ， 向 · 一 ， 厦 图 天 线 交错位 示意 图 啥 如 ， 代加廿 二 血 由 拍” 。 如 结 论 本 文 对 基 于 微 带 天 线 的 能 量 传 输过 程 进 行 了详 细 的研 究 首先 进 行 了总 体方案 的分 析 ， 提