基于超材料的高效无线能量传输系统及其应用研究

摘要

在消费类电子领域、可植入式生物医疗领域、日常生活家居、新型能源汽车等生活的各方面，磁谐振耦合无线能量传输技术正扮演着越来越重要的角色，而尽可能的增加传输距离、提高传输效率是无线能量传输技术首要解决的两大核心问题。伴随着人工电磁超材料的发展，各式各样的电磁超材料被应用到无线能量传输技术中为解决核心问题带来了新的契机。本文就是对基于电磁超材料的高效无线能量传输系统及其应用进行了研究讨论。
　　本文的主要研究工作分为以下几个方面：
　　1.设计了两种不同频率的等效相对磁导率为负的超材料，该超材料在给定所需的工作频率处的相对磁导率的虚部接近于零，以保证超材料加入无线传输系统后具有小的插入损耗，相对磁导率的实部为负数以保证能有效提高无线能量传输系统的性能。
　　2.设计了一种应用于生物医学领域的可植入式接收天线，该天线具有生物兼容的特性以保证安全，小型化的特点以保证对病人的损伤小，双带的特性保证能量和数据的同时传输，宽带的特性确保可植入天线在体内具有良好的稳定性。
　　3.设计了一种简单的强磁耦合谐振发射线圈，与可植入式接收天线建立起初始无线能量传输系统。之后将所设计的相应频率的超材料单元组成合适的阵并作为可穿戴设备加载到初始无线传输系统中，在不影响原传输系统收发线圈谐振的同时，提高传输效率，增大传输距离。
　　4.设计了一种中距离的单发多收无线能量传输系统，该系统的传输距离两倍于发射线圈尺寸，四倍于接收线圈尺寸。再将所设计的相应频率的超材料单元组成合适的阵列，加入单发多收无线传输系统中，保证不影响原系统整体结构的条件下，提高无线能量传输效率。论文讨论分析给出了单发四收、单发三收、单发双收以及单发单收系统的最高传输效率及最佳摆放位置。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2所研究课题的发展及现状

1.3本论文的主要内容和安排

第二章 MRC/WPT系统的理论分析

2.1引言

2.2无线能量传输的工作频率

2.3无线能量传输的应用领域

2.4单发单收MRC/WPT系统的机理分析

2.5磁谐振单发多收WPT系统的机理分析[55]

2.6本章小结

第三章 应用于MRC/WPT的超材料特性分析及其设计

3.1引言

3.2应用于MRC/WPT的超材料特性分析

3.3两种不同频率的MNG超材料单元的设计

3.4本章小结

第四章 基于超表面的WPT在生物医疗中的应用研究

4.1前言

4.2可植入式接收天线的设计

4.3 MRC/WPT系统在生物医疗中的分析

4.4基于超表面的无线传输系统在生物医疗中的分析

4.5基于超表面的WPT系统加工实测结果及其分析

4.6本章小结

第五章 基于超表面的单发多收WPT系统及其应用研究

5.1引言

5.2单发多收无线传输系统的设计及分析

5.3基于超表面的单发多收WPT系统及应用研究

5.4加工实测结果及分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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