基于多频磁负超材料的心脏起搏器无线供能研究

针对植入式心脏起搏器无线供能系统频率变化发生共振失调导致传输效率低等问题,该文提出一种基于多频磁负超材料(MB-MNG)的心脏起搏器无线供能系统。首先,根据磁负超材料等效介质理论,推导了正八边形超材料设计的基本公式,建立了MB-MNG基元模型;其次,以S-S结构为例,通过仿真和实验研究了6.78 MHz、8.94 MHz和13.56 MHz频段下系统传输效率;再次,为了研究可靠性,讨论了系统与MB-MNG之间的错位情况;最后,为确保安全性,使用多物理场仿真软件研究系统的电磁安全特性,并进行温升实验。实验结果表明:在三工作频段下,基于MB-MNG的WPT系统的输出功率为3.29W、2.77W和2.87W,与传统WPT系统和加入铁氧体薄板WPT系统对比,传输效率提高了24.6%~36.5%。同时,在系统发生偏移时,仍能保持30.73%~48.41%的传输效率;60 min充电测试内组织SAR值及最大温升均符合安全标准。

兆赫兹频段多频磁负超材料的设计和特性研究

针对传统兆赫兹频段超材料仅工作在单频点,无法适用多频系统的问题,提出一种由介质基板和两侧呈嵌套分布的方形螺旋线圈环构成的超材料结构单元,利用HFSS软件对该回型嵌套式结构及其衍生结构单元进行仿真分析并进行等效参数提取。结果表明:该结构在兆赫兹频段能实现多频点磁负特性,通过调节螺旋线圈的参数可以对磁负点的频率进行调控,以满足不同系统工作频段要求。对低频磁负超材料多频化的发展提供了参考。