基于可穿戴设备的微型无线电能传输系统的仿真分析

摘要

可穿戴技术是伴随着计算机、微电子和通信技术发展起来的科学前沿领域，受到国内外研究学者的广泛关注。但对现有的可穿戴设备而言，电池的续航时间短、充电困难已经成为用户普遍反映的问题，制约着可穿戴技术的发展。探究基于可穿戴设备的微型无线能量传输系统，为解决可穿戴设备的能源问题提供了新思路，具有重要的学术及应用价值。
　　磁耦合谐振无线能量传输技术具有传输距离远，传输效率高的优点，能够提供方便、安全的能量供应。本文针对上述问题，对适用于可穿戴设备的微型磁耦合谐振无线能量传输系统进行仿真分析与研究。以提高能量传输效率为目标，对能量传输系统进行优化分析，构建微型的无线能量传输系统，并对其传输效率及生物安全性进行评估，这为无线能量传输技术在可穿戴设备领域的应用奠定了基础。本文主要研究工作包括以下几个方面：
　　1.进行了能量传输系统的参数优化设计分析。
　　运用耦合模理论与互感耦合理论对磁耦合谐振技术无线能量传输系统的传输机理与传输状态进行分析。利用互感耦合理论，构建系统传输效率的数学仿真模型。通过改变系统设计参数，分析对传输效率的影响，得到不同变量组合下的参数优化方案。
　　2．设计了微型磁耦合谐振器。
　　仿真建立方形平面螺旋谐振器，改变谐振器各设计参数，分析对谐振器谐振频率的影响，得到影响谐振频率的关键设计参数。通过调节关键设计参数，设计出微型磁耦合谐振器，其体积仅为0.675cm3。
　　3．构建了真实的磁耦合谐振无线能量传输系统。
　　构建具有相同谐振器的磁耦合谐振无线能量传输系统，与新型的具有大小匹配谐振器的磁耦合谐振无线能量传输系统，并进行实验分析，结果表明大小匹配的能量传输系统具有更好的能量传输性能。
　　4．分析了系统的生物安全性。
　　构建真实的四层人体头部数值仿真模型，计算能量传输系统为可穿戴设备进行供电时，人体头部的 SAR值分布情况，结果表明系统产生的电磁能量分布强度对人体是安全的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 可穿戴设备的基本概念

1.2 可穿戴设备的发展与应用

1.3 论文的研究意义与研究内容

第二章 磁耦合谐振无线能量传输系统的优化分析

2.1 无线能量传输技术的分类及特点

2.2 磁耦合谐振无线能量的传输特性

2.3 磁耦合谐振无线能量传输系统的优化分析

2.4 本章小结

第三章 微型磁耦合谐振系统的设计与实验分析

3.1系统的测量参数

3.2 平面螺旋谐振器的仿真分析

3.3 微型谐振器的设计

3.4 谐振系统的实验测量及分析

3.5 本章小结

第四章 微型磁耦合谐振无线能量传输系统的生物安全性分析

4.1 电磁辐射与SAR值

4.2 时域有限差分法

4.3 能量传输系统对人体比吸收率的计算

4.4 本章小结

第五章 论文工作总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢