實驗名稱:

高壓功率放大器在超聲波實現能量與信號的同步傳輸中的應用

實驗目的:

提出了一種利用超聲波實現能量與信號反向同步傳輸的方法，利用負載電壓信號與三角波信號比較得到PWM波，負載電壓的變化體現在PWM波占空比的變化，該PWM波用于驅動實現信號傳遞的換能器，接收到的電壓均方根值與負載電壓幅值成線性關系。在此基礎上，對PWM波進行傅里葉分解，從波的組成的角度對信號的傳遞做簡要分析。

實驗設備:

高壓功率放大器ATA-4011B、高速比較電路、驅動電路以及信號檢測電路等。

實驗過程:

金屬板介質下UWCPT和信號同步傳輸系統設計

利用超聲波實現金屬板介質下能量與信號的同步傳輸系統分解為兩部分，其中一個部分是金屬板介質下的UWCPT系統，將能量從發射側傳遞到能量接收側，即能量從金屬容器外部傳送給金屬容器內各電氣負載供電的過程，其決定著系統傳輸功率的大小；

金屬板介質下UWCPT系統結構圖

而另一個部分是信號的同步傳輸部分，即將負載的電壓信號傳回到能量的發射側，并可以完成對信號的進行解讀，其信號應與負載兩端電壓信號有對應關系，以此來實現負載電壓信號的同步傳輸。

信號同步傳輸部分系統框圖

在超聲波無線電能傳輸領域，能量傳輸的效率較低，因此在同等傳輸條件下，對能量輸入側的提升，便成為了能夠提升系統傳輸能量的一種方式。在已知換能器的最佳諧振頻率以及系統傳輸功率的要求下，設計合適的電源對換能器進行驅動。在進行嘗試性實驗的過程中，使用的是ATA-4011B高壓功率放大器作為能量來源。

實驗結果:

由實驗結果可知，在換能器的測試頻率，即 39840Hz，系統接收到的電壓的均方根值比較小，而當頻率為40360Hz時，系統接收到的電壓的均方根值達到最大值，同時由圖4.7結果顯示，此頻率下負載的功率也達到最大值，為5.491W。

可知，換能器的頻帶很窄，找到最佳的工作頻率尤為重要。對于該換能器存在這樣一段頻率區間，即40.6~41.9kHz 區間，頻率的變化對接收到的電壓均方根值無影響，保持數值穩定。在進行信號回傳時，應避免該區間頻率的選擇。

實驗中用到的高壓功率放大器ATA-4011B

審核編輯 黃宇