一种高效率的双频平面无线能量传输系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高效率的双频平面无线能量传输系统，包括发射端及接收端，两者具有相同的电路结构，均包括正面微带结构、中间介质基板和背面微带结构，所述正面微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述背面微带结构印制在中间介质基板的下表面，所述正面微带结构包括正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器，所述背面微带结构包括连接正面馈电线圈的外接端口。本实用新型专利技术通过利用一个馈电线圈对两个不同频率的谐振器馈电产生一个双频的高效率无线能量传输系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种无线能量传输系统，具体涉及一种高效率的双频平面无线能量传输系统。
技术介绍
随着对无接触供电的需求不断增加，无线能量传输技术不断发展起来。最近几年，人们开始对该技术进行深入的研究。采用磁耦合共振方式的无线能量传输技术更是取得了许多的关注，该技术在电动汽车和在微型植入式医疗仪器的供电等方面得到广泛的应用。近年来，越来越多的学者参与到多频无线能量传输系统的研究。相比单频无线能量传输系统，多频无线能量传输系统可以提供更多的通道来传输能量或信息。然而，如何产生多频传输通道和提高各通道的效率仍然是一个很大的挑战。目前，已经出现了一些产生双频无线能量传输系统的方法。在文献《M.-L.KungandK.-H.Lin,“Investigationofdual-bandcoilmodulefornear-fieldwirelesspowertransfersystems,”inProc.WirelessPowerTransferConf.,Jeju,Korea,2015,pp.265–268.》中，研究了利用并联的集总电容和电感来产生双频传输通道的方法，但是由于采用了集总元器件，所以该无线能量传输系统仅能在较小的传输距离下实现高效率的传输。文献《M.DionigiandM.Mongiardo,“Anovelresonatorforsimultaneouswirelesspowertransferandnearfieldmagneticcommunications,”inIEEEMTT-SInt.Microw.Symp.Dig.,Montreal,QC,Canada,2012,pp.1–3.》中，采用由圆形谐振线圈及与之共面的馈电线圈组成的双频线圈模型，提高了无线能量传输系统的功率传输效率。但该方法对效率的提升仅限于距离比较近的情况，在传输距离远的时候，效率并未改善。文献《T.C.Beh,M.Kate,T.Imura,S.Oh,andY.Hori,“Automatedimpedancematchingsystemforrobustwirelesspowertransferviamagneticresonancecoupling,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.60,no.9,pp.3689–3698,Sep.2013.》中，通过在发射端和接收端引入匹配网络来提高双频无线能量传输系统的传输效率。虽然效率可以获得提升，但是由于需要接入额外的电路，系统变得复杂。因此，设计一个结构简单、传输距离远且效率高的双频无线能量传输系统对于进一步推动无线能量传输技术的发展具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本技术提供一种高效率的双频平面无线能量传输系统。本技术在无线能量传输系统的发射端和接收端采用相同的双频微带结构,利用一个馈电线圈对两个不同频率的谐振器馈电产生一个双频的高效率无线能量传输系统；同时因为两个不同频率的谐振器分别设计在馈电线圈的里面和外面，减小了电路的体积。本技术采用如下技术方案：一种高效率的双频平面无线能量传输系统，包括发射端及接收端，所述发射端及接收端具有相同的电路结构，均包括正面微带结构、中间介质基板和背面微带结构，所述正面微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述背面微带结构印制在中间介质基板的下表面，所述正面微带结构包括正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器。所述背面微带结构包括连接正面馈电线圈的外接端口。所述正面馈电线圈由第十六微带线16、第十七微带线17、第十三微带线13、第十四微带线14及第十五微带线15依次连接构成，其中第十五微带线15的末端及第十六微带线16的末端分别通过金属化过孔与背面的外接端口连接。所述第一谐振器由第一电容30和依次连接的第十八微带线18、第十九微带线19、第二十微带线20、第二十一微带线21、第二十二微带线22、第二十三微带线23、第二十四微带线24、第二十五微带线25、第二十六微带线26、第二十七微带线27、第二十八微带线28及第二十九微带线29构成，所述第一电容30连接在第二十二微带线22及第二十八微带线28之间。所述第二谐振器由第二电容31和依次连接的第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3、第四微带线4、第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7、第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10、第十一微带线11及第十二微带线12构成，所述第二电容31连接在第一微带线1及第七微带线7之间。当作为发射端时，所述外接端口作为输入端口I/P，连接信号源的两端；作为接收端时，所述外接端口作为输出端口O/P，连接负载的两端。所述第二微带线2及第六微带线6与第十三微带线13相互平行，所述第三微带线3与第十四微带线14相互平行，所述第四微带线4与第十五微带线15相互平行，所述第五微带线5与第十七微带线17相互平行。所述正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器均为正方形，所述第二谐振器位于正面馈电线圈所围成的区域内部，所述正面馈电线圈位于第一谐振器所围成的区域内部。本技术的有益效果：(1)本技术利用一个馈电线圈对两个不同频率的谐振器馈电产生一个双频的高效率无线能量传输系统；(2)本技术将两个不同频率的谐振器分别设计在馈电线圈的里面和外面，减小了电路的体积，节约了成本。附图说明图1是本技术的正面结构图。图2是本技术的背面结构图。图3是本技术的尺寸标注图。图4是本技术实施例在传输距离为83mm时不同频率下的仿真结果。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。实施例图1-图2所示，一种高效率的双频平面无线能量传输系统，包括发射端及接收端，所述发射端和接收端具有相同的电路结构，均包括正面微带结构、中间介质基板和背面微带结构，所述正面微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述背面微带结构印制在中间介质基板的下表面，所述正面微带结构包括正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器。所述背面微带结构包括连接正面馈电线圈的外接端口。通过在系统的发射端和接收端采用相同的双频微带结构，利用一个馈电线圈对两个不同频率的谐振器馈电，提高了无线能量传输系统的传输效率。所述正面馈电线圈由第十六微带线16、第十七微带线17、第十三微带线13、第十四微带线14及第十五微带线15依次连接构成，其中第十五微带线15的末端及第十六微带线16的末端分别通过金属化过孔与背面的外接端口连接。当所述电路作为无线能量传输系统的发射端时，该外接端口作为输入端口I/P，连接信号源的两端，用于将交流源的能量传输到谐振器上；当所述电路作为无线能量传输系统的接收端时，该外接端口作为输出端口O/P，连接负载的两端，用于将谐振器上的能量传输到负载上。所述第一谐振器由第十八微带线18、第十九微带线19、第二十微带线20、第二十一微带线21、第二十二微带线22、第二十三微带线23、第二十四微带线24、第二十五微带线25、第二十六微带线26、第二十七微带线27、第二十八微带线28、第二十九微带线29及第一电容30依次垂直连接构成，所述第一电容30连接在第二十二微带线22及第二十八微带线28之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率的双频平面无线能量传输系统，包括发射端及接收端，所述发射端及接收端具有相同的电路结构，其特征在于，均包括正面微带结构、中间介质基板和背面微带结构，所述正面微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述背面微带结构印制在中间介质基板的下表面，所述正面微带结构包括正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器，所述背面微带结构包括连接正面馈电线圈的外接端口。

【技术特征摘要】
1.一种高效率的双频平面无线能量传输系统，包括发射端及接收端，所述发射端及接收端具有相同的电路结构，其特征在于，均包括正面微带结构、中间介质基板和背面微带结构，所述正面微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述背面微带结构印制在中间介质基板的下表面，所述正面微带结构包括正面馈电线圈、第一谐振器和第二谐振器，所述背面微带结构包括连接正面馈电线圈的外接端口。2.根据权利要求1所述的双频平面无线能量传输系统，其特征在于，所述正面馈电线圈由第十六微带线(16)、第十七微带线(17)、第十三微带线(13)、第十四微带线(14)及第十五微带线(15)依次连接构成，其中第十五微带线(15)的末端及第十六微带线(16)的末端分别通过金属化过孔与背面的外接端口连接。3.根据权利要求1所述的双频平面无线能量传输系统，其特征在于，所述第一谐振器由第一电容(30)和依次连接的第十八微带线(18)、第十九微带线(19)、第二十微带线(20)、第二十一微带线(21)、第二十二微带线(22)、第二十三微带线(23)、第二十四微带线(24)、第二十五微带线(25)、第二十六微带线(26)、第二十七微带线(27)、第二十八微带线(28)及第二十九微带线(29)构成，所述第一电容(30)连接在第二十二微带线(22)及第二十八微...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，许冰媛，林杰凯，李斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44