一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统
本发明涉及磁共振无线能量传输领域，尤其涉及一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统。
背景技术：
1、随着半导体与通信技术的迅猛发展，人类社会正进入万物互联的时代，各种设备将更加智能便携。而数量日趋庞大的各种设备如何进行高效安全的充能成为万物互联实现的关键问题。因此提出无线能量传输技术，取代传统的有线充能方式。
2、无线能量传输系统可以分为远场型与近场型两大类。其中远场型无线能量传输系统使用射频微波进行能量传输，具有传输距离远的优点，但是其传输效率低，安全性差。近场型无线能量传输系统分为两类，分别是电耦合无线能量传输与磁耦合无线能量传输，其中电耦合是电容式无线能量传输，其能量通过电场耦合进行传输，具有低电磁干扰等优点，但功率损耗较大，易导致传输系统不稳定和介质击穿等问题。而磁耦合分为磁感应式无线能量传输与磁共振耦合式无线能量传输，磁感应式无线能量传输是基于磁场变化产生的感应电流传输能量，而磁共振耦合式无线能量传输是通过物体间的谐振耦合进行能量传输。相比与其他两种近场无线能量传输系统，磁共振耦合式无线能量传输系统具有能量传输距离远、安全性高的优点。但几乎所有磁共振耦合式无线能量传输系统的应用都需要系统发射线圈与接收线圈之间对准以达到最佳系统工作状态，当发射线圈与接收线圈因为未对准而出现错位和角度偏差时，整个系统的传输效率与接收功率会急剧下降甚至无法工作。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统。所述系统具有优秀的抗错位和抗角度敏感性能力。
2、本发明是通过如下技术方案来实现的：
3、一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，所述系统包括金属线超表面，所述金属线超表面由平行排列的金属线和端载电容组成，任意两个相邻金属线两两端头之间的空隙处均固定有端载电容，且金属线与端载电容之间允许电流流通，位于金属线超表面一侧的金属线的中间部分设有激励端口。
4、作为优选的实施方式，所述的金属线为纯铜材质，规格为长度为40cm、宽度为0.4cm、厚度为0.05cm，所述的金属线的间距为2.5cm。
5、作为更优选的一种实施方式，无线能量传输发射系统由两个金属线超表面组成，分别为上表面金属线超表面和下表面金属线超表面，上表面金属线超表面和下表面金属线超表面上下平行叠放，即除去激励端口所在金属线上表面金属线超表面和下表面金属线超表面的平面投影完全重叠；且上表面金属线超表面和下表面金属线超表面上的金属线的走向在水平方向相互垂直，呈方格状，但上表面金属线超表面和下表面金属线超表面不接触。
6、作为优选的实施方式，两端端载电容值为c＝6.8nf，表面金属线超表面和下表面金属线超表面上下之间的间距0.16cm。
7、作为优选的实施方式，两个金属线超表面分别固定在介质板的上下面上。
8、本发明与现有技术相比的有益效果：
9、本发明在片状介质材料衬底上制备多条金属线，并附加电容，形成金属线超表面，具有左手效应。金属线超表面自身可塑性强且具有对电磁场进行多维度、精细化调控的操作特性。通过灵活调节结构不同参数实现所需谐振模式频率，因此相比于传统线圈谐振器可以更灵活的运用在系统工作频率与发射器尺寸、形状需求各异的各种实际应用中。通过对金属线超表面谐振模式叠加、近场磁场分布与抗错位抗角度敏感性能力进行研究，运用谐振模式叠加调控电磁场，可产生均匀磁场与旋转磁场，使接收器在水平面上不同摆放位置和空间中不同偏转角度的情况下具有稳定且高效的传输效率。
10、本发明所设计的金属线超表面可在多个空间层面摆放多块金属线超表面进行磁场叠加，进一步提高能量传输的功率和效率。
技术特征：
1.一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，其特征在于，所述系统包括一个金属线超表面，所述金属线超表面由平行排列的金属线(1)和端载电容(2)组成，任意两个相邻金属线两两端口之间的空隙处均固定有端载电容，且金属线与端载电容之间允许电流流通，位于金属线超表面一侧的金属线的中间部分设有激励端口。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，其特征在于，所述的金属线为纯铜材质，规格为长度为40cm、宽度为0.4cm、厚度为0.05cm，所述的金属线的间距为2.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，其特征在于，无线能量传输发射系统由两个金属线超表面组成，分别为上表面金属线超表面(12)和下表面金属线超表面(11)，上表面金属线超表面(12)和下表面金属线超表面(11)上下平行叠放，即除去激励端口所在金属线上表面金属线(12)超表面和下表面金属线超表面(11)的平面投影完全重叠；且
4.根据权利要求1-3任何一项所述的一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，其特征在于，两端端载电容值为c＝6.8nf，表面金属线超表面和下表面金属线(11)超表面上下之间的间距0.16cm。
5.根据权利要求3所述的一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，其特征在于，上表面金属线超表面(12)和下表面金属线超表面(11)分别固定在介质板(5)的上表面和下表面。
技术总结
本发明涉及一种基于金属线超表面的磁共振无线能量传输发射系统，属于磁共振无线能量传输领域，所述系统包括一个金属线超表面，所述金属线超表面由平行排列的金属线和端载电容组成，任意两个相邻金属线两两端口之间的空隙处均固定有端载电容，且金属线与端载电容之间允许电流流通，位于金属线超表面一侧的金属线中间部分设有激励端口。本发明还提供了由两个金属线超表面组成的无线能量传输发射系统，通过对金属线超表面谐振模式叠加、近场磁场分布与抗错位抗角度敏感性能力进行研究，运用谐振模式叠加调控电磁场，可产生均匀磁场与旋转磁场，使接收器在水平面上不同摆放位置和空间中不同偏转角度的情况下具有稳定且高效的传输效率。
技术研发人员：倪文鑫,黄昕昱
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5