專利名稱:一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括兩根以上銅線，兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線，本實(shí)用新型以泡沫球?yàn)橹误w，將單極子天線繞成球面螺旋單極子天線，形成多臂球面螺旋單極子天線，這個(gè)電小天線以最小體積獲得高輻射效率及有效的中距離無線能量傳輸。
【專利說明】一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無線能量傳輸天線領(lǐng)域，特別涉及一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，非固定用電裝置(如井下挖掘、工廠吊裝設(shè)備、輕軌電車等)的能量供給均是線連接，電能傳輸方式存在設(shè)備移動(dòng)靈活性不佳，同時(shí)可能出現(xiàn)環(huán)境污染、工作干擾、不美觀等隱患。尤其滑動(dòng)和滾動(dòng)接觸取電方式伴隨著機(jī)構(gòu)磨損，接觸火花會(huì)在周邊產(chǎn)生高頻強(qiáng)電磁干擾，大電流載體不安全裸露等問題，對(duì)供電安全和環(huán)境安全方面構(gòu)成了威脅。
[0003]隨著現(xiàn)今醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家研宄出用各種電子設(shè)備來彌補(bǔ)心臟、肝臟、腎臟等人體器官的缺陷，甚至采用電子輔助設(shè)備維持這些器官正常工作，使得器官移植等手術(shù)治療方式已被愈來愈多的患者接受。如果能以非接觸的供能方式作用于器官移植的手術(shù)過程中，從體外為安裝于患者體內(nèi)的人工器官供電，不僅可以避免損害皮膚和手術(shù)感染的風(fēng)險(xiǎn)，還可以在一定程度避免重復(fù)手術(shù)給患者帶來的痛苦，大幅提高器官移植患病者的生活質(zhì)量。
[0004]綜上所述，隨著人們生產(chǎn)活動(dòng)和生活范圍的擴(kuò)大、電氣生產(chǎn)、生活設(shè)備及特殊環(huán)境下的供電需求加速無線能量傳輸?shù)某霈F(xiàn)，傳統(tǒng)的接觸式電能傳輸模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今各種用電需求，無線能量傳輸技術(shù)成為國際學(xué)術(shù)界矚目的新型能量傳輸技術(shù)。
[0005]無線能量傳輸包括近場短距離與中距離傳輸。短距離傳輸基于變壓器原理的電磁感應(yīng)定律，目前技術(shù)已經(jīng)成熟。中距離傳輸目前基于耦合模理論，技術(shù)不成熟:(I)超過耦合模距離，效率下降，存在距離-效率問題。(2)中距離傳輸?shù)拇箝g距，存在電磁泄露問題。
(3)中距離傳輸需低頻，存在大尺寸問題。新的理論傳輸模型是解決問題的關(guān)鍵。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線。
[0007]本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中如下的問題:(I)基于球形模理論，電小天線輻射效率越高，近場越強(qiáng)，近場范圍越大，這樣解決了距離-效率問題。(2)基于電小天線理論，球面螺旋電小天線具有相對(duì)較高的輻射效率，這樣不僅解決了電小天線的輻射效率問題，還解決了電小天線輻射效率問題，同時(shí)電小天線具有電抗近場范圍大的特點(diǎn)，進(jìn)一步解決了距離效率問題。
[0008]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括兩根以上銅線，所述兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線。
[0010]所述銅線具體為二根、三根或四根銅線。
[0011]所述泡沫球的直徑為30厘米。
[0012]所述銅線具體為二根時(shí)，長度為13.6米；銅線具體為三根時(shí)，長度為7.4米。
[0013]本實(shí)用新型銅線即天線臂的長度由由工作頻率決定，工作頻率越低，長度越長。球天線的輻射效率由臂數(shù)目決定，臂越多，輻射效率越高。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]I)巧妙地利用所有形狀中球面形狀體積最小，輻射表面積最大，也就是說球面螺旋天線是輻射效率最佳，體積最小的電小天線；
[0016](2)采用一臂激勵(lì)，其它臂產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成多臂輻射，提高輻射面積，進(jìn)而提高輻射效率。
[0017](3)根據(jù)球形模理論，電小天線輻射效率越高，無線能量傳輸效率就越高，
[0018](4)饋電端口位于發(fā)射球形天線其中一輻射臂中點(diǎn)，接受50歐負(fù)載位于接收球形天線其中一臂中點(diǎn)接，避免能量反射，饋電與負(fù)載的這種位置有利于阻抗匹配。

【附圖說明】

[0019]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本實(shí)用新型兩實(shí)例能量傳輸效率(縱坐標(biāo)PTE)與工作頻率(f)曲線數(shù)據(jù)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖1所示，一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括三根銅線，三根銅線以球面螺旋線形狀纏繞在直徑為30厘米的泡沫球上形成三臂球面螺旋線天線，所述銅線的長度為7.4米(對(duì)應(yīng)工作頻率23.55MHz)，天線的輻射效率為63%。按這種方法做兩個(gè)球面螺旋天線，一為無線能量傳輸發(fā)射天線，一為無線能量傳輸接收天線，獲得高效率無線能量傳輸，當(dāng)本實(shí)用新型作為發(fā)射天線時(shí)，饋電端口位于天線其中一輻射臂中點(diǎn)，接收50歐負(fù)載位于接收球形天線其中一臂中點(diǎn)連接，如圖3所示，本實(shí)施例的小天線分別作為無線能量傳輸?shù)陌l(fā)射與接收天線，工作頻率23.55MHz，天線直徑30厘米，工作距離80厘米的無線能量傳輸效率達(dá)到87%。
[0025]實(shí)施例2
[0026]如圖2所示，一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括二根銅線，所述二根銅線以球面螺旋線形狀纏繞在直徑為30厘米的泡沫球上，形成二臂球面螺旋線天線，所述銅線的長度為13.6米(對(duì)應(yīng)工作頻率13.88MHz)，天線的輻射效率23%。
[0027]如圖3所示，本實(shí)施例的小天線分別作為無線能量傳輸?shù)陌l(fā)射與接收天線，在工作頻率13.88MHz，天線直徑30厘米，工作距離80厘米的無線能量傳輸效率達(dá)到91 %。
[0028]無線能量傳輸是天線直徑、工作頻率及工作距離的函數(shù)，本實(shí)用新型是電小天線，且ka = 0.01的數(shù)量級(jí)，其中k是自由空間波數(shù)，a是天線半徑。當(dāng)工作頻率、工作距離及天線輻射效率一定時(shí)，天線直徑越小，無線能量傳輸效率越高。
[0029]本實(shí)用新型工作在低頻，當(dāng)工作距離、天線輻射效率及天線直徑一定時(shí)，工作頻率越低，無線能量傳輸效率越高。
[0030]本實(shí)用新型工作時(shí)保證天線有足夠的輻射效率，高效率能量傳輸所要求的輻射效率是工作頻率、工作距離、能量傳輸效率及天線大小的函數(shù)，當(dāng)工作距離、能量傳輸效率及天線大小一定時(shí)，隨著工作頻率降低，所要求的天線輻射效率也降低。
[0031]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特征在于，包括兩根以上銅線，所述兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特征在于，所述銅線具體為二根、三根或四根銅線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特征在于，所述泡沫球的直徑為30厘米。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小天線，其特征在于，銅線具體為二根時(shí)，長度為13.6米；銅線具體為三根時(shí)，長度為7.4米。
【文檔編號(hào)】H01Q1-50GK204289704SQ201420785172
【發(fā)明者】黃惠芬, 李婷 [申請人]華南理工大學(xué)