無線電能傳輸(Wireless Power Transfer, WPT)技術(shù)憑借其安全、便捷、無接觸的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于電動汽車充電、醫(yī)療設(shè)備供電、物聯(lián)網(wǎng)傳感器供電等領(lǐng)域。在 WPT 系統(tǒng)中，功率放大器作為核心能量轉(zhuǎn)換與放大單元，其輸出功率、帶寬、效率及穩(wěn)定性直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能。ATA-1220E 作為一款高性能寬帶功率放大器，具備輸出功率大、帶寬覆蓋廣、線性度優(yōu)異等特點(diǎn)，為 WPT 系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了潛在解決方案。本文圍繞 ATA-1220E 寬帶功率放大器在 WPT 系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究，通過搭建實(shí)驗(yàn)平臺，從輸出功率穩(wěn)定性、傳輸效率、帶寬適配性及抗干擾能力四個(gè)維度，分析其在不同工況下的性能表現(xiàn)，旨在為 WPT 系統(tǒng)的功率放大單元選型與優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

二、無線電能傳輸系統(tǒng)與 ATA-1220E 放大器的適配性分析

(一)WPT 系統(tǒng)的核心需求

典型的 WPT 系統(tǒng)主要由直流電源、功率放大器、發(fā)射線圈、接收線圈、整流濾波電路及負(fù)載組成。其中，功率放大器的核心作用是將直流電源提供的低壓直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并放大至滿足傳輸需求的功率等級，驅(qū)動發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場。WPT 系統(tǒng)對功率放大器的需求主要體現(xiàn)在三方面：一是寬頻率適配，需覆蓋常見的 WPT 工作頻段(如 100kHz-1MHz 的感應(yīng)耦合頻段、13.56MHz 的近場通信頻段);二是高功率輸出穩(wěn)定性，在負(fù)載變化或線圈相對位置偏移時(shí)，需保持輸出功率波動較小;三是高轉(zhuǎn)換效率，減少能量損耗，提升系統(tǒng)整體傳輸效率。

(二)ATA-1220E 放大器的關(guān)鍵參數(shù)匹配

ATA-1220E 寬帶功率放大器的核心參數(shù)與 WPT 系統(tǒng)需求高度契合：在頻率范圍上，其覆蓋 1kHz-200MHz，完全包含 WPT 系統(tǒng)的主流工作頻段，無需額外調(diào)整頻率匹配電路;在輸出功率上，其額定輸出功率可達(dá) 120W，峰值功率突破 150W，能夠滿足中大功率 WPT 場景(如電動汽車低壓輔助供電、工業(yè)設(shè)備無線供電)的需求;在效率方面，該放大器采用 Class AB 類放大架構(gòu)，在額定功率下效率可達(dá) 65% 以上，顯著優(yōu)于傳統(tǒng) Class A 類放大器(效率通常低于 30%)，可有效降低系統(tǒng)能量損耗;此外，ATA-1220E 具備完善的過流、過壓、過溫保護(hù)功能，能夠適應(yīng) WPT 系統(tǒng)中負(fù)載突變、線圈耦合系數(shù)變化等復(fù)雜工況，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與性能分析

(一)實(shí)驗(yàn)平臺搭建

為驗(yàn)證 ATA-1220E 在 WPT 系統(tǒng)中的性能，搭建基于感應(yīng)耦合式無線電能傳輸(ICPT)的實(shí)驗(yàn)平臺，具體組成如下：

直流電源：提供 0-48V 可調(diào)直流電壓，作為放大器輸入;

ATA-1220E 寬帶功率放大器：將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電，輸出頻率設(shè)定為 100kHz(ICPT 系統(tǒng)常用頻段);

發(fā)射端與接收端：采用直徑 15cm 的圓形線圈，匝數(shù)為 20 匝，耦合系數(shù)可通過調(diào)整線圈間距(0-30cm)改變;

負(fù)載：采用 0-100Ω 可調(diào)電阻，模擬不同功率需求的負(fù)載;

測量設(shè)備：使用功率分析儀(精度 0.1%)測量放大器輸入 / 輸出功率、系統(tǒng)傳輸效率，使用示波器(帶寬 1GHz)觀測輸出電壓波形。

(二)關(guān)鍵性能測試結(jié)果

輸出功率穩(wěn)定性

在線圈間距固定為 15cm(耦合系數(shù) k=0.3)、輸入電壓為 48V 的條件下，調(diào)整負(fù)載電阻從 10Ω 至 100Ω，記錄 ATA-1220E 的輸出功率變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)負(fù)載電阻從 10Ω 增至 50Ω 時(shí)，輸出功率從 118W 平穩(wěn)降至 112W，波動幅度僅為 5.1%;當(dāng)負(fù)載電阻繼續(xù)增至 100Ω 時(shí)，輸出功率降至 108W，總波動幅度為 8.5%。這表明 ATA-1220E 在負(fù)載變化范圍內(nèi)具備優(yōu)異的功率穩(wěn)定性，能夠有效抑制負(fù)載突變對輸出功率的影響，滿足 WPT 系統(tǒng)對功率穩(wěn)定性的需求。

系統(tǒng)傳輸效率

在負(fù)載電阻固定為 50Ω、輸入電壓為 48V 的條件下，調(diào)整線圈間距從 5cm 至 30cm(耦合系數(shù) k 從 0.6 降至 0.1)，測量系統(tǒng)整體傳輸效率(接收端輸出功率 / 放大器輸入功率)。結(jié)果顯示，當(dāng)線圈間距為 5cm 時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率達(dá)到 82%，其中 ATA-1220E 的放大效率為 68%;當(dāng)線圈間距增至 30cm 時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率降至 45%，但放大器放大效率仍保持在 62% 以上。這說明在耦合系數(shù)大幅降低的情況下，ATA-1220E 仍能維持較高的放大效率，是保障系統(tǒng)傳輸效率的關(guān)鍵因素。

帶寬適配性

在負(fù)載電阻 50Ω、線圈間距 15cm 的條件下，調(diào)整放大器輸出頻率從 50kHz 至 200kHz，測量輸出功率與效率變化。結(jié)果顯示，在 50kHz-150kHz 范圍內(nèi)，輸出功率穩(wěn)定在 110-115W，效率保持在 65% 以上;當(dāng)頻率超過 150kHz 時(shí)，輸出功率逐漸下降，至 200kHz 時(shí)降至 98W，效率降至 58%。這表明 ATA-1220E 在 WPT 系統(tǒng)的主流工作頻段(50kHz-150kHz)內(nèi)具備良好的帶寬適配性，可滿足不同頻率需求的 WPT 場景。

抗干擾能力

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中引入 220V 工頻干擾與 1MHz 射頻干擾，觀測 ATA-1220E 的輸出電壓波形與功率波動。結(jié)果顯示，干擾信號引入后，輸出電壓波形失真度從 0.5% 增至 1.2%，輸出功率波動幅度從 ±1W 增至 ±2W，但均未超出 WPT 系統(tǒng)的正常工作閾值(失真度≤2%，功率波動≤±5%)。這表明 ATA-1220E 具備較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。

四、結(jié)論與展望

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ATA-1220E 寬帶功率放大器在無線電能傳輸系統(tǒng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：其輸出功率穩(wěn)定性高，在負(fù)載變化時(shí)波動幅度小于 10%;放大效率可達(dá) 62%-68%，有效提升系統(tǒng)整體傳輸效率;帶寬覆蓋 WPT 主流工作頻段，且具備較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠適應(yīng)復(fù)雜工況。該放大器為中大功率 WPT 系統(tǒng)的功率放大單元提供了可靠選擇，尤其適用于電動汽車輔助供電、工業(yè)設(shè)備無線供電等場景。

未來研究可從兩方面展開：一是優(yōu)化 ATA-1220E 與 WPT 系統(tǒng)的阻抗匹配電路，進(jìn)一步提升高頻段(如 13.56MHz)的放大效率;二是結(jié)合智能控制算法，實(shí)現(xiàn)放大器輸出功率與線圈耦合系數(shù)的動態(tài)匹配，以適應(yīng)更復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境(如動態(tài)無線充電場景)。