植入式医疗设备电磁共振无线能量传输系统天线对人体电磁辐射安全影响的研究

电磁耦合谐振式无线电能传输技术利用两个具有相同谐振频率、高品质因数的线圈,当其处于谐振状态时,通过电磁振荡、依靠非辐射场来实现能量的高效传输,因具有较好的距离、空间自由度和效率优势,成为人体植入式装置无线能量供给的创新方法。针对心脏起搏器能量无线传输问题,设计一种新型的植入式天线系统。为验证其人体辐射安全性,针对人体胸腔构建3层介质模型,应用时域有限差分(FDTD)方法,使用HFSS软件对胸腔比吸收率(SAR)进行数值仿真。结果表明,在线圈间距10 mm,中间具有0.1 mm空气层、0.2 mm皮肤层和约9.7 mm肌肉层,激励为9.17 MHz、1 W的条件下,利用这个天线系统对人体植入式设备进行无线能量传输,正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值为0.009W/kg,非正常工作情况下10 g生物组织的平均SAR值最大为0.823 W/kg,均低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的安全标准,从而验证该植入式天线系统对人体影响的安全性。

基于端口阻抗的磁耦合谐振式无线电能传输特征参数仿真方法研究

以单个自谐振线圈等效模型的端口阻抗及耦合线圈之间二端口网络的等效模型为出发点,利用高频有限元仿真软件,结合无线电能传输技术自身的特点,提出分布参数谐振线圈仿真分析以及关键参数的提取方法,通过实验对比验证仿真方法的合理性。另外根据耦合线圈频域阻抗分裂的特点提出耦合系数的计算方法,为进一步分析分布式参数线圈对无线电能传输性能影响的研究提供参考。

人体植入式设备谐振耦合无线传能线圈优化设计

小型化、高效化是人体植入式设备谐振耦合无线传能线圈优化设计的热点,本文基于串-串谐振耦合电路模型,从电路角度分析系统的传输效率和传输功率与线圈尺寸、负载、距离等之间的函数关系,并研究了特定传输距离下,线圈尺寸和匝数与传输效率和传输功率的关系,并进行数值模拟和优化。结果表明在特定的传输距离限制下,当线圈尺寸和匝数增加到特定值时传输效率基本不再增加,而传输功率会表现出先增加后减小的特性,线圈的尺寸和匝数存在着最优的组合,可以达到传输效率和传输功率双优的要求,该文的结果可以为生物医学工程领域人体植入式设备无线传能线圈设计提供指导意义。

PCB线圈的电参数对谐振频率的影响探究

本文运用三维电磁仿真软件,对布线2层的PCB线圈进行仿真实验。分别对层间距、线宽与层间距、线圈中心距对谐振频率的影响两组实验进行了分析。得出的结论是:在层间距固定不变的情况下,随着线宽的不断增加,谐振频率是逐渐减小的;但当谐振频率减小到一定程度时,则不再发生变化。在线宽固定不变的情况下,随着层间距值的不断增大,谐振频率的值也是不断增大的,且增长是越来越缓慢的。在层间距固定不变的情况下,随着线圈中心距的不断增加,谐振频率是逐渐增大的;增大的趋势是越来越明显的。在线圈中心距固定不变的情况下,随着层间距值的不断增大,谐振频率的值也是不断增大的,且增长是越来越缓慢的。