金属板介质下UWCPT和信号同步传输系统的设计

实验名称：高压功率放大器在超声波实现能量与信号的同步传输中的应用

实验目的：提出了一种利用超声波实现能量与信号反向同步传输的方法，利用负载电压信号与三角波信号比较得到PWM波，负载电压的变化体现在PWM波占空比的变化，该PWM波用于驱动实现信号传递的换能器，接收到的电压均方根值与负载电压幅值成线性关系。在此基础上，对 PWM波进行傅里叶分解，从波的组成的角度对信号的传递做简要分析。

实验设备：驱动电源（高压功率放大器ATA-4011）、高速比较电路、驱动电路以及信号检测电路等。

实验过程：

金属板介质下UWCPT和信号同步传输系统的设计：

利用超声波实现金属板介质下能量与信号的同步传输系统分解为两部分，其中一个部分是金属板介质下的UWCPT系统，将能量从发射侧传递到能量接收侧，即能量从金属容器外部传送给金属容器内各电气负载供电的过程，其决定着系统传输功率的大小;而另一个部分是信号的同步传输部分，即将负载的电压信号传回到能量的发射侧，并可以完成对信号的进行解读，其信号应与负载两端电压信号有对应关系，以此来实现负载电压信号的同步传输。

在超声波无线电能传输领域，能量传输的效率较低，因此在同等传输条件下，对能量输入侧的提升，便成为了能够提升系统传输能量的一种方式。在已知换能器的最佳谐振频率以及系统传输功率的要求下，设计合适的电源对换能器进行驱动。在进行尝试性实验的过程中，使用的是ATA-4011型的高压功率放大器作为能量来源。

金属板介质下UWCPT系统结构图

信号同步传输部分系统框图

实验结果：

由实验结果可知，在换能器的测试频率，即 39840Hz，系统接收到的电压的均方根值比较小，而当频率为40360Hz时，系统接收到的电压的均方根值达到最大值，同时由图4.7结果显示，此频率下负载的功率也达到最大值，为5.491W。可知，换能器的频带很窄，找到最佳的工作频率尤为重要。对于该换能器存在这样一段频率区间，即40.6~41.9kHz 区间，频率的变化对接收到的电压均方根值无影响，保持数值稳定。在进行信号回传时，应避免该区间频率的选择。

实验中用到的高压功率放大器ATA-4011：

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审核编辑：汤梓红