本發(fā)明涉及磁共振無線能量傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著半導(dǎo)體與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類社會正進(jìn)入萬物互聯(lián)的時代，各種設(shè)備將更加智能便攜。而數(shù)量日趨龐大的各種設(shè)備如何進(jìn)行高效安全的充能成為萬物互聯(lián)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題。因此提出無線能量傳輸技術(shù)，取代傳統(tǒng)的有線充能方式。

2、無線能量傳輸系統(tǒng)可以分為遠(yuǎn)場型與近場型兩大類。其中遠(yuǎn)場型無線能量傳輸系統(tǒng)使用射頻微波進(jìn)行能量傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，但是其傳輸效率低，安全性差。近場型無線能量傳輸系統(tǒng)分為兩類，分別是電耦合無線能量傳輸與磁耦合無線能量傳輸，其中電耦合是電容式無線能量傳輸，其能量通過電場耦合進(jìn)行傳輸，具有低電磁干擾等優(yōu)點，但功率損耗較大，易導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定和介質(zhì)擊穿等問題。而磁耦合分為磁感應(yīng)式無線能量傳輸與磁共振耦合式無線能量傳輸，磁感應(yīng)式無線能量傳輸是基于磁場變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流傳輸能量，而磁共振耦合式無線能量傳輸是通過物體間的諧振耦合進(jìn)行能量傳輸。相比與其他兩種近場無線能量傳輸系統(tǒng)，磁共振耦合式無線能量傳輸系統(tǒng)具有能量傳輸距離遠(yuǎn)、安全性高的優(yōu)點。但幾乎所有磁共振耦合式無線能量傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用都需要系統(tǒng)發(fā)射線圈與接收線圈之間對準(zhǔn)以達(dá)到最佳系統(tǒng)工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)射線圈與接收線圈因為未對準(zhǔn)而出現(xiàn)錯位和角度偏差時，整個系統(tǒng)的傳輸效率與接收功率會急劇下降甚至無法工作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)。所述系統(tǒng)具有優(yōu)秀的抗錯位和抗角度敏感性能力。

2、本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括金屬線超表面，所述金屬線超表面由平行排列的金屬線和端載電容組成，任意兩個相鄰金屬線兩兩端頭之間的空隙處均固定有端載電容，且金屬線與端載電容之間允許電流流通，位于金屬線超表面一側(cè)的金屬線的中間部分設(shè)有激勵端口。

4、作為優(yōu)選的實施方式，所述的金屬線為純銅材質(zhì)，規(guī)格為長度為40cm、寬度為0.4cm、厚度為0.05cm，所述的金屬線的間距為2.5cm。

5、作為更優(yōu)選的一種實施方式，無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)由兩個金屬線超表面組成，分別為上表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面，上表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面上下平行疊放，即除去激勵端口所在金屬線上表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面的平面投影完全重疊；且上表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面上的金屬線的走向在水平方向相互垂直，呈方格狀，但上表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面不接觸。

6、作為優(yōu)選的實施方式，兩端端載電容值為c＝6.8nf，表面金屬線超表面和下表面金屬線超表面上下之間的間距0.16cm。

7、作為優(yōu)選的實施方式，兩個金屬線超表面分別固定在介質(zhì)板的上下面上。

8、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

9、本發(fā)明在片狀介質(zhì)材料襯底上制備多條金屬線，并附加電容，形成金屬線超表面，具有左手效應(yīng)。金屬線超表面自身可塑性強且具有對電磁場進(jìn)行多維度、精細(xì)化調(diào)控的操作特性。通過靈活調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)不同參數(shù)實現(xiàn)所需諧振模式頻率，因此相比于傳統(tǒng)線圈諧振器可以更靈活的運用在系統(tǒng)工作頻率與發(fā)射器尺寸、形狀需求各異的各種實際應(yīng)用中。通過對金屬線超表面諧振模式疊加、近場磁場分布與抗錯位抗角度敏感性能力進(jìn)行研究，運用諧振模式疊加調(diào)控電磁場，可產(chǎn)生均勻磁場與旋轉(zhuǎn)磁場，使接收器在水平面上不同擺放位置和空間中不同偏轉(zhuǎn)角度的情況下具有穩(wěn)定且高效的傳輸效率。

10、本發(fā)明所設(shè)計的金屬線超表面可在多個空間層面擺放多塊金屬線超表面進(jìn)行磁場疊加，進(jìn)一步提高能量傳輸?shù)墓β屎托省?/p>

技術(shù)特征：

1.一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一個金屬線超表面，所述金屬線超表面由平行排列的金屬線(1)和端載電容(2)組成，任意兩個相鄰金屬線兩兩端口之間的空隙處均固定有端載電容，且金屬線與端載電容之間允許電流流通，位于金屬線超表面一側(cè)的金屬線的中間部分設(shè)有激勵端口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，所述的金屬線為純銅材質(zhì)，規(guī)格為長度為40cm、寬度為0.4cm、厚度為0.05cm，所述的金屬線的間距為2.5cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)由兩個金屬線超表面組成，分別為上表面金屬線超表面(12)和下表面金屬線超表面(11)，上表面金屬線超表面(12)和下表面金屬線超表面(11)上下平行疊放，即除去激勵端口所在金屬線上表面金屬線(12)超表面和下表面金屬線超表面(11)的平面投影完全重疊；且

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任何一項所述的一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，兩端端載電容值為c＝6.8nf，表面金屬線超表面和下表面金屬線(11)超表面上下之間的間距0.16cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，上表面金屬線超表面(12)和下表面金屬線超表面(11)分別固定在介質(zhì)板(5)的上表面和下表面。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于金屬線超表面的磁共振無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，屬于磁共振無線能量傳輸領(lǐng)域，所述系統(tǒng)包括一個金屬線超表面，所述金屬線超表面由平行排列的金屬線和端載電容組成，任意兩個相鄰金屬線兩兩端口之間的空隙處均固定有端載電容，且金屬線與端載電容之間允許電流流通，位于金屬線超表面一側(cè)的金屬線中間部分設(shè)有激勵端口。本發(fā)明還提供了由兩個金屬線超表面組成的無線能量傳輸發(fā)射系統(tǒng)，通過對金屬線超表面諧振模式疊加、近場磁場分布與抗錯位抗角度敏感性能力進(jìn)行研究，運用諧振模式疊加調(diào)控電磁場，可產(chǎn)生均勻磁場與旋轉(zhuǎn)磁場，使接收器在水平面上不同擺放位置和空間中不同偏轉(zhuǎn)角度的情況下具有穩(wěn)定且高效的傳輸效率。

技術(shù)研發(fā)人員：倪文鑫,黃昕昱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5