一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统，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和正面谐振器，所述正面馈电线圈和正面谐振器之间为镂空结构，所述背面微带结构包括背面谐振器及连接正面馈电线圈的外接端口。本发明专利技术通过在无线能量传输系统的发射端和接收端分别采用强耦合的双谐振器，提高了系统的功率传输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线能量传输系统，具体涉及一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统。
技术介绍
无线能量传输是一种很有前景的技术，在传统的有线能量传输不方便或不能实现时，无线能量传输便能起到很好的作用。最近几年，磁共振式的无线功率传输更是取得了许多的关注，尤其是该技术在非接触式可充电公路和作为生物医学植入器件的电源等方面的应用。已经有大量的科研工作者在这方面展开了研究。在各种研究方向中，最重要的研究问题之一是要怎么获得高传输效率。具体地说，当线圈尺寸和传输距离被确定时，如何提高效率是一个很大的挑战。目前已经出现了很多种在发射器和接收器之间提高功率传输效率的方法。在文献《D.Ahn,andS.Hong,“Astudyonmagneticfieldrepeaterinwirelesspowertransfer,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.60,no.1,pp.360–371,Jan.2013.》中，研究了用继电器线圈提高发射器和接收器之间的磁耦合，提高工作效率的方法。文献《A.Rajagopalan,A.K.RamRakhyani,D.Schurig,andG.Lazzi,“Improvingpowertransferefficiencyofashort-rangetelemetrysystemusingcompactmetamaterials,”IEEETrans.Microw.TheoryTechn.,vol.62,no.4,pp.947–955,Apr.2014.》将负磁导率的超材料用来增强发射器和接收器的相互耦合，从而提高效率。然而，在很多应用上并不总是适合在发射器和接收器之间放置继电器线圈或超材料。文献《T.C.Beh,M.Kato,T.Imura,S.Oh,andY.Hori,“Automatedimpedancematchingsystemforrobustwirelesspowertransferviamagneticresonancecoupling,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.60,no.9,pp.3689–3698,Sep.2013.》和《J.Kim,D-H.Kim,andY-J.Park,“Analysisofcapacitiveimpedancematchingnetworksforsimultaneouswirelesspowertransfertomultipledevices,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.62,no.5,pp.2807-2813,May.2015.》采用了在交流源和发射器之间，以及接收器和负载之间设计阻抗匹配网络的方法。虽然功率传输效率可以得到提高，然而需要接入额外的电路，使整个系统变得更复杂。文献《H-D.Lang,A.Ludwig,andC.D.Sarris,“Convexoptimizationofwirelesspowertransfersystemswithmultipletransmitters,”IEEETrans.AntennasPropag.,vol.62,no.9,pp.4623–4636,Sep.2014》则在一个无线功率传输系统中采用多个接收器，提高系统总的功率传输效率。然而，该设计并不适合点对点功率传输应用。所有上述研究利用三维的金属线圈设计无线能量传输系统的信号发射器和接收器，这往往会导致系统体积庞大，不适合应用于小型电子设备。相对应的，将电路设计在平面印刷电路板中具有更小的体积，更易加工制作并应用在电子设备中。然而，设计在印刷电路板上的线圈的品质因数较低，会降低功率传输效率。为了解决这个问题，文献《F.Jolani,Y.Yu,andZ.Chen,“Aplanarmagneticallycoupledresonantwirelesspowertransfersystemusingprintedspiralcoils,”IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,vol.13,pp.1648–1651,2014.》采用并联电流路径技术，降低了谐振器的阻抗，将功率传输效率提高到81.6％。除了品质因数外，工作频率也会影响传输效率。文献《A.S.Y.Poon,S.O’Driscoll,andT.H.Meng,”Optimalfrequencyforwirelesspowertransmissionintodispersivetissue”IEEETrans.AntennasPropag,vol.58,no.5,pp.1739–1750,May.2010》对系统的最佳工作频率进行分析，并选择相应频率以提高效率。此外，文献《R-F.Xue,K-W.Cheng,andM.Je,“High-efficiencywirelesspowertransferforbiomedicalimplantsbyoptimalresonantloadtransformation,”IEEETransCircuitsSyst.I,RegPapers,vol.60,no.4,pp.867–874,Apr.2013.》的分析表明，最佳负载的选择也有助于获得高效率。尽管通过各种技术的研究，可以提高加工在印刷电路板上的电路的传输效率，然而相比于采用三维的金属线圈设计的电路，效率还是较低。因此，研究新的技术，进一步提高加工在印刷电路板上的电路的传输效率具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种采用强耦合双谐振的无线能量传输系统。本专利技术在无线能量传输系统的发射端和接收端分别采用双谐振器结构，通过双谐振器之间的强耦合作用，提高无线能量传输系统的传输效率；同时，通过将馈电线圈和两个谐振器设计在同一块印刷电路板上，减小了电路的体积。本专利技术采用如下技术方案：一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统，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和正面谐振器，所述正面馈电线圈和正面谐振器之间为镂空结构，所述背面微带结构包括背面谐振器及连接正面馈电线圈的外接端口，背面谐振器与正面谐振器相平行。所述正面馈电线圈由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线依次连接构成，其中第一微带线的末端及第五微带线的末端分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统，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和正面谐振器，所述正面馈电线圈和正面谐振器之间为镂空结构，所述背面微带结构包括背面谐振器及连接正面馈电线圈的外接端口，背面谐振器与正面谐振器相平行。

【技术特征摘要】
1.一种采用强耦合双谐振器的无线能量传输系统，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
正面馈电线圈和正面谐振器，所述正面馈电线圈和正面谐振器之间为镂空结构，
所述背面微带结构包括背面谐振器及连接正面馈电线圈的外接端口，背面谐振
器与正面谐振器相平行。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述正面馈电
线圈由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线依次
连接构成，其中第一微带线的末端及第五微带线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所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述正面谐振
器由第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第
十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线、第十六微带线、
第十七微带线、第...

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