CN107919531A - 一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线 - Google Patents

一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线 Download PDF

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谷成
轩秀巍
张宇
曾永华
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，该材料整体尺寸为75mm*75mm*5mm，该结构体积小，结构紧凑经过hfss仿真分析，使用2种超材料结构。把他们组合起来，使其在空间里形成一个三维形状，在xoy，yox，xoz平面上都有超材料阵列。使在同等体积条件下天线的方向性明显改善。其有益效果是：1)天线的制作方式是用pcb雕版印刷机，制作方便，工艺简单成熟；2)本发明结构的超材料结构体积小，放在无线充电的发射线圈和接收线圈之间，使用方便；3)本发明超材料性质优秀，改变了电磁波的传播方向，增加了方向系数，是天线在从发射线圈到接收线圈的方向性增强。

Description

一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线
技术领域
本发明属于无线电领域，具体是一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，结构紧凑，能量传输效率高。
背景技术
充电市场近年来发展迅速，发展空间巨大，无线充电功能电子产品成为趋势。传统无线充电系统体积大，能量传输效率低。针对以上情况，本发明将研究基于可调谐超材料天线的无线功率传输系统，提高传输效率。该材料结构紧凑，体积小。为解决这个问题，我们使用以下方法。首先，利用hfss仿真找到紧凑且频率可调谐的超材料天线结构，通过时谐电路模型分析线圈间及线圈与超材料天线的相互作用，探索、优化超材料天线的损耗及无线系统的功率传输效率。其次，采用较大各项异性比的磁导率来缩小超材料天线在线圈间占据的空间。最后我们找到了该结构。
超材料又称人工结构材料，左手材料，具有自然界材料所不具备的特性，性质是由于材料所组成的结构形成的。实质上材料内部的原子分子对电磁场产生影响，累计使得宏观上发现对电磁场产生影响。该结构要远小于工作波长，具有负的介电常数与磁导率，能够影响电磁场。能够改变电磁场的传播方向，在磁导率与介电常数为负(第三象限)的材料中，电磁波传播方向改变，是电磁波更加集中，使得传输效率提高。
发明内容
该材料整体尺寸为75mm*75mm*5mm，该结构体积小，结构紧凑，方便携带及使用，经过hfss仿真软件的分析，使用2种超材料结构。把他们组合起来，使其在空间里形成一个三维形状，在xoy，yox，xoz平面上都有超材料阵列。使在同等体积条件下天线的方向性明显改善。
下面叙述下两种结构：第一种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm；第二种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm。
用上面描述的两种结构，来组成一种组合的单元结构，如果无线线圈处于xoz平面，那么xoz方向有两块第二种结构并列平行放置，yoz，xoy结构各有一种第一种结构与第二种结构并列平行放置。
用上面描述的单元结构结构，在x轴和z轴拓展成25*25的阵列。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明所述的结构中，天线的制作方式是用pcb雕版印刷机，制作方便，工艺简单成熟；
2、本发明所述的结构中，超材料结构体积小，放在无线充电的发射线圈和接收线圈之间，使用方便；
3、本发明所述的结构中，超材料性质优秀，改变了电磁波的传播方向，增加了方向系数，是天线在从发射线圈到接收线圈的方向性增强
附图说明
图1为第1种超材料结构图；
图2为第2种超材料结构图；
图3为组合后的超材料单元结构图
图4为组合后的超材料阵列结构图；
图5为单一结构方向函数仿真图；
图6为该方案方向函数仿真图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为第一种超材料结构图，图2为第二种超材料结构图。把他们组合起来，使其在空间里形成一个三维形状，在xoy，yox，xoz平面上都有超材料阵列。使在同等体积条件下天线的方向性明显改善。两种结构中：第一种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm；第二种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm。用上面描述的两种结构，来组成一种组合的单元结构，如果无线线圈处于xoz平面，那么xoz方向有两块第二种结构并列平行放置，yoz，xoy结构各有一种第一种结构与第二种结构并列平行放置。用上面描述的单元结构结构，如图3所示，在x轴和z轴拓展成25*25的阵列。使用方法是把最后组成的阵列放在线圈之间，如图4所示。
根据hfss仿真结果，最后的阵列结构的方向系数如图6所示，相比与单一结构如图5所示，方向函数提升了很多。可见最后的阵列结构的天线方向性好，传输效率更高。

Claims (4)

1.一种用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，其特征在于：经过hfss仿真分析，使用2种超材料结构，把他们组合起来，使其在空间里形成一个三维形状，在xoy，yox，xoz平面上都有超材料阵列；
其中第一种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm；
第二种结构为，d＝3mm,p＝2.6mm,l＝0.2mm,g＝0.02mm,b＝0.65mm。
2.根据权利要求1所述的用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，其特征在于：当无线线圈处于xoz平面，xoz方向有两块第二种结构并列平行放置，yoz，xoy结构各有一种第一种结构与第二种结构并列平行放置。
3.根据权利要求1所述的用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，其特征在于：在x轴和z轴拓展成25*25的阵列。
4.根据权利要求1所述的用于无线功率传输系统的可调谐超材料天线，其特征在于：该材料整体尺寸为75mm*75mm*5mm。
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