CN108011452A - 一种高效可控的谐振式螺管线圈天线 - Google Patents

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李晓宁
赵雨
申世军
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    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种用于磁耦合谐振式无线输电系统的发射接收螺管线圈天线，所述螺管线圈天线包括：线圈线材、缠绕方式、匹配电路；所述线圈线材为铜线；缠绕方式为螺旋管式缠绕，方便控制线圈天线周围磁场分布，使得磁场轴向分量增大，进而实现缩小线圈天线面积和增大能量传输距离的目的，从而实现能量传输高效可控；采用低损耗高效果的匹配电路，提高电能传输效率。本发明改变了线圈天线的结构，使无线输电系统的发射接收线圈面积减小、距离增大、效率提高。经过测试，螺管线圈天线能量传输距离约为线圈半径的3.25倍，而平面螺旋线圈天线能量传输距离约为其半径的1.4倍，螺管线圈天线能量传输距离效率明显优于平面螺旋线圈。

Description

一种高效可控的谐振式螺管线圈天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种高效可控谐振式螺管线圈天线。
背景技术
线圈天线是磁耦合谐振式无线输电系统中的关键部分，线圈天线设计的好坏直接影响磁耦合谐振式无线输电系统的整体体积、能量传输距离以及能量传输效率。目前研究者设计线圈天线时大多采用平面结构，比较容易设计与制作，但是在无线输电应用市场上，怎样缩小系统面积、怎样增大无线输电距离和效率是研究的重中之重。若将来线圈天线应用于磁耦合谐振式无线输电系统中，平面结构无疑会出现因为磁场分布不合适导致的线圈面积大、能量传输距离短和效率低等问题，不利于市场实际应用和拓展。通过仿真分析和测试，螺旋管立体结构的线圈天线有更好磁场分布，可以控制磁场轴向方向分量增大，进而能够有力的减小线圈天线直径，进而使无线输电系统整体体积减小，并且可以在一定程度上提高能量传输距离和效率，有很大的实际应用价值。
发明内容
综上所述，现研究阶段的谐振线圈天线大多采用平面结构，不利于磁耦合谐振式无线输电的市场实际应用和拓展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种谐振式螺管线圈天线，旨在解决当前磁耦合谐振线圈天线多为平面结构，磁场轴向分量小，传输距离小，输电效率低等问题。
本发明是这样实现的，一种谐振式螺管线圈天线，总体分为发射天线及其匹配结构、接收天线及其匹配结构，其结构示意图如图1所示。如图1所示，线圈天线的缠绕方式为螺旋管式缠绕，使得线圈天线磁场轴向分量增大，进而实现减小天线面积、增大传输距离、增大输电效率等目的。其中的匹配电路主要是用LC匹配，保证发射线圈天线和接收线圈天线在同一频率谐振，并使其与负载相匹配，保证能量高效传输。所述谐振式螺管天线包括：铜线线材、螺管式缠绕方式、匹配电路。
进一步，所述螺管线圈天线线材使用铜线。
附图说明
图1是本发明实施例提供的螺管线圈天线结构示意图。
图2是本发明实施例提供的螺管线圈天线示意图。
图3是本发明实施例提供的螺管线圈天线磁场分布图。
图4是本发明实施例提供的平面线圈天线磁场分布图。
图5是本发明实施例提供的螺管线圈天线应用场景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的谐振式螺管线圈天线包括：铜线线材、螺管式缠绕方式、匹配电路。
如图3所示，为本发明实施例提供的螺管线圈天线磁场分布图。可以看到，与图4平面线圈天线磁场分布相比，磁场轴向分量明显增大，能量更多的被集中控制在轴向方向，可以有效的增大能量传输距离和能量传输效率。
如图5所示，为本发明实施例提供的螺管线圈天线的应用场景，磁耦合谐振式无线输电系统中，使用螺线管线圈作为发射线圈，其传输距离和传输效率增加，负载为三只4W的LED灯，螺线管线圈能在距离为13cm的地方点亮LED，约为螺线管线圈半径的3.25倍；而在之前使用平面螺旋线圈天线时，平面螺旋线圈天线能在距离为14cm处点亮LED，距离为其半径的1.4倍。明显，螺管线圈天线可以控制磁场方向，增加磁场轴向分量，减小线圈天线的直径并可以增大能量传输距离和能量传输效率，即减小无线输电系统的体积和增大无线输电系统的输电距离和输电效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高效可控的谐振式螺管线圈天线，其特征在于，所述螺管线圈天线包括：线圈线材、缠绕方式、匹配电路。
2.如权利要求1所述的远距离的谐振式螺管线圈天线，其特征在于，所述线材使用铜线。
3.如权利要求1所述的远距离的谐振式螺管线圈天线，其特征在于，所述远距离的谐振式螺管线圈天线的缠绕方式采用螺旋式缠绕方式。
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