带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率特性分析

探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetic coupling resonant-wireless power transfer)系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|Sij|2推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。

一种适用于磁耦合谐振无线能量传输系统的新型小尺寸谐振器的仿真与实验

磁耦合谐振式无线能量传输系统作为一种新的无线能量传输方式为小型家用电器、体内植入器件等提供了一种快捷、方便、安全的能量供给方式。在为上述器件进行能量传递时,由于接受能量的物体体积较小,设计一种小尺寸的谐振器十分必要。本文应用耦合模理论推导出磁耦合谐振无线能量传输系统传输规律,应用Ansoft软件对该系统谐振器的谐振频率进行仿真分析,得出谐振器各参数变化对谐振频率的影响规律,仿真结果与实验结果高度一致。在此基础上设计出一种小尺寸的谐振器,该谐振器体积1.35cm3,可以满足小型家用电器等用电设备的要求,具有很好的应用前景。

耦合增强型“巨”字形左手材料磁谐振器的设计

磁谐振器与电谐振器组合能够实现同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料,左手材料磁谐振器的设计对于设计新型左手材料具有重要的意义。针对左手材料磁谐振器设计问题,提出了磁谐振器设计原理,为消除磁谐振器的双各向异性,所设计的结构关于电场方向等效为镜像对称的单回路。根据此原理,设计了耦合增强型"巨"字形磁谐振器结构,并通过实验仿真验证了结构的等效负磁导率。结果表明,所设计的结构在8.9GHz-10GHz之间具有负的等效磁导率,并且结构的双各项异性得到了有效的消除,说明了所提出设计原理的正确性。相对于传统的开口谐振环磁谐振器,"巨"字形磁谐振器结构简单,易于进行加工制作和理论分析。

三维抗偏转磁耦合谐振式无线电能传输谐振器特性研究

建立了一维和三维磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性与谐振器参数之间的关系。可以根据不同的实际需求,通过仿真分析,实现一维、三维谐振器线圈的半径和匝数等参数定量化的设计,同时分析了一维、三维系统传输特性与偏转角度和偏移距离的关系。最后通过仿真分析和实验验证了该三维谐振器在相同偏转角度条件下,与一维谐振器相比,可以实现大功率、全角度的能量传输,且具有较强的抗偏转能力和多姿态接收能力。

磁谐振耦合式单中继线圈无线功率接力传输系统的建模与分析

传统的由发射–接收线圈谐振器组成的基于磁谐振耦合的无线功率传输系统只能短距离的传输能量,在发射端和接收端之间适当的位置插入中继线圈谐振器可以有效的提高传输距离。该文对插入单中继线圈的磁耦合谐振式无线功率接力传输系统进行了研究,得出临界耦合条件和最大功率传输条件。研究了发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合系数k13对系统的影响,并得到避免其不利影响的设计准则。数值仿真和实验表明,恰当的使用中继线圈不但能显著提高传输距离,并且因为系统的传输效率和负载功率对中继线圈的横向偏移和角度倾斜变化不敏感,因此还能提高设计的灵活性。

磁耦合谐振三线圈无线电能传输的交叉耦合效应及电抗补偿

在具有中继线圈的磁谐振耦合无线电能传输系统中,非相邻线圈的交叉耦合有可能对系统的工作状态产生扰动,这通常导致系统传输功率和效率的降低。针对单中继线圈的无线电能传输系统,从其等效电路归一化模型入手,详细分析发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合对各回路电流和系统传输功率、效率的影响。给出了交叉耦合效应是否可忽略的判定条件,并提出了一种简便的在各回路中通过附加串联电抗以补偿三线圈(发射—中继—接收)无线电能传输系统交叉耦合效应的方法,通过数值仿真计算和实验证明了该方法的可行性。

强磁场对石英谐振器的影响

基于磁-弹性耦合理论以及预应力模态分析理论,结合实验方法解释石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因。结果表明,石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响产生相应的应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体导致其谐振频率发生变化。该结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值。

一种小尺寸磁谐振耦合无线能量传输系统的实验研究（英文）

随着科技的进步,越来越多的小型家用电器、体内植入器件等电子设备得到广泛应用。但能量供应问题制约了设备的发展,尤其是体内植入器件,电池的续航问题未得到有效的解决。磁耦合谐振无线能量传输技术作为一种新的无线能量传输方式,能够实现中距离传输电能,可解决上述问题。本文应用Ansoft软件对磁耦合谐振系统工作时的电场分布进行仿真分析,同时将系统放置于空气、模拟人体组织液、新鲜猪肉中进行实验,对系统传输效率进行实验研究。实验表明系统可以在上述环境中满足体内植入器件等用电设备的供电需求,能有效解决植入器件的能量续航问题,具有广阔的应用前景。

圆柱形波导梳状线谐振器间电耦合特性分析

着重分析了加载U字型和一字型耦合杆的圆柱形波导梳妆线谐振器间电耦合特性。利用三维电磁场仿真软件HFSS计算得到了腔内电场和磁场分布,并给出了重要的实用耦合特性曲线。得到的部分实验结果与理论分析结果吻合的很好。最后,利用这样的电耦合以及磁耦合设计的九单元交叉耦合梳妆线滤波器进一步证实了理论分析的正确性。

无线电能传输系统多谐振器研究综述

近来,无线电能传输技术越来越收到关注。为了提高无线电能的传输特性以及出于实际应用的需要,出现了带有多谐振器的无线电能传输系统,并成为了当前的研究热点问题。本文首先简述了无线电能传输的基本原理和结构,然后介绍了几种多谐振结构,包括中继谐振器系统,多发射线圈和多接收线圈系统的研究进展,并探讨了多谐振器系统中的关键问题,最后对发展趋势进行了展望。

无线电能传输系统谐振器的容差分析和参数设计

文中基于正交试验法进行贡献率分析并设计蒙特卡罗分析流程,制定最佳容差设计方案。首先,分析磁耦合无线电能传输系统特性,建立系统无权网络模型并确定其类型,得到各节点重要度相似的结论;然后,针对谐振器中元器件参数的分散性问题,研究谐振器容差分析方法,通过正交试验法分析贡献率来确定参数对传输特性的影响程度,从而制订容差分配方案;最后,对11种容差方案下的系统传输特性进行实验研究,设计蒙特卡罗分析流程,分析不同方案下传输功率、效率的分散性及满足传输功率波动不超过±20%、传输效率大于85%要求的概率,验证最佳容差分配方案的合理性。结果表明,发射侧电感、发射侧电容及接收侧电感的容差选取1%,接收侧电容的容差选取10%,可使满足传输要求的概率由最差的46%提升到96.5%。

有效提高磁耦合无线电能传输距离的仿真实现

基于前期课题组研究的基础上,对四线圈无线电能传输函数和临界耦合系数进行电路理论和物理模型的仿真,提出减小模型中环与线圈的耦合系数(提高环与线圈的耦合距离),能够提高能量稳定高效传输的距离。使用这种方法,系统负载阻抗固定为50Ω,模型中环与线圈距离为22cm,稳定有效传输距离达1.48m,传输距离为0.1~1.8m,输能效率为76.1%~46.8%。

磁电层状复合结构及其器件应用

磁电层状复合结构是层状铁电相与铁磁相的复合,该层状结构同时具有铁电性和铁磁性,呈现出磁电耦合效应。可以利用此复合结构制作具有磁电调、电可调双重可调特性的微波器件,拥有潜在而广阔的应用前景。主要介绍了磁电层状复合结构在微波延迟线、谐振器及移相器等方面的应用。

一种基于65nm CMOS工艺的33.5~37.5GHz有源矢量合成型移相器

基于65 nm CMOS工艺设计了一款33.5~37.5 GHz的6 bit有源矢量合成型移相器(VSPS)。该移相器采用Lange类型的90°耦合器作为I/Q信号发生器,其中的电感采用8字形电感实现;此外,矢量合成部分采用电流合成结构,使芯片面积更加紧凑。后仿真结果显示,该移相器覆盖360°移相范围,对于64种移相角度状态,其整个工作频带下的相位均方根(RMS)误差约为0.33°~3.20°,移相附加增益幅度约为-8.38~-4.89 dB,其RMS误差小于0.59 dB,噪声系数约为12.55~15.55 dB,输入反射系数小于-15 dB,输出反射系数小于-7.9 dB,在33.5、35.5和37.5 GHz频率下,其1 dB压缩点输入功率分别为-1.38~0.96、-1.13~0.75和-0.30~1.40 dBm。该移相器核心电路面积仅约为0.11 mm^(2),在1.2 V的电源电压下,消耗14.6 mW的直流功率,具有面积紧凑、功耗较低、插入损耗适中且精度较高的优势,有利于相控阵系统大规模集成和应用。

微带类椭圆函数滤波器

介绍了一种新型的微带线滤波器——类椭圆函数滤波器。比起传统的微带交指、平行耦合线等形式滤波器,微带类椭圆函数滤波器具有很好的带外抑制特性,且体积小。通过微带谐振器安放在不同的位置和改变谐振器之间的间距,实现不同性质的耦合及耦合大小。分别计算了三种性质耦合大小与间距的关系,并得到曲线。设计了4阶类椭圆函数滤波器,测试结果与理论预期值相吻合。该类滤波器可以广泛应用在平面电路中,同时在超导状态下也有诱人的应用前景。