[實用新型]一種無線能量傳輸高輻射效率電小螺旋天線

有效

• 申請號: 201520965740.9
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN205211929U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 黃惠芬;李婷
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q7/06;H02J50/27
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本實用新型涉及無線能量傳輸領域，具體涉及一種無線能量傳輸高輻射效 率電小螺旋天線。

背景技術

根據能量傳輸實現機理和方式的不同，無線能量傳輸技術大致上可分為基 于電磁感應原理的無線能量傳輸技術、通過天線發送和接收的電磁波能量傳輸 技術(RF無線電波技術)、激光技術、微波技術和基于電場原理的容性無線電 能傳輸技術。這些能量傳輸方式中，激光方式只能點對點傳輸，且易受環境因 素的影響；微波和RF無線電波方式在大功率能量傳輸過程中均存在輻射太強， 對人體有害的弊端；電場耦合無線電能傳輸的技術目前尚處于起步階段。

所謂近場，指的是介于感應區和遠場自由空間之間的高效率能量傳輸區 域。2007年，美國麻省理工大學的研究出基于耦合模理論磁耦合諧振技術中距 離無線能量傳輸的兩大科研成果：1)當兩個線圈諧振頻率相同的情況下(ω1＝ ω2)，兩個線圈的磁場處在強耦合諧振狀態，此時，諧振初級線圈不斷從激勵 源中抽取能量，通過強耦合諧振方式傳遞給諧振次級線圈；2)兩線圈的品質因 子越大，即儲存的電抗能量/輻射及歐姆損耗比率越大，線圈周圍空間儲存磁場 能量越高，輻射、歐姆損耗越小，兩線圈無線能量傳輸效率越高。自此以來， 國內外關于近場無線能量傳輸的研究越來越熱。根據工作原理，基本分為兩大 類，一類是兩線圈系統，此類系統直接將能量從初級線圈通過諧振傳輸至次級 線圈，系統結構簡單，但傳輸距離短，效率低。另一類是四線圈系統，此類系 統在初級線圈與次級線圈中加兩個同頻諧振器，通過初級、次級線圈優化匹配 阻抗，增大傳輸效率，通過諧振器增加傳輸距離。

實用新型內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種無線能量傳輸 高輻射效率電小螺旋天線。

本實用新型采用如下技術方案：

一種無線能量傳輸高輻射效率電小螺旋天線，用于無線能量傳輸系統發射 及接收天線，包括介質基板、饋電環、信號饋入線及螺旋諧振器，所述饋電環 印制在介質基板上，所述介質基板與螺旋諧振器接觸，且放置在同一中軸線上， 所述饋電環由三個末端相連的金屬環及外加電容構成，所述螺旋諧振器由銅帶 從內到外交錯螺旋而成。

所述三個金屬環包括外金屬環、內金屬環及中間金屬環，所述外加電容位 于外金屬環與介質基板長度方向中線的交點處。

所述螺旋諧振器由銅帶從內到外交錯螺旋而成，具體內環銅帶寬度為4cm， 外環寬度外5cm，內、外環間距2cm。

還包括橋接電容，橋接在螺旋諧振器內環起點與外環終點的連接處。

所述外加電容為300pf，橋接電容為180pf。

饋電環的外金屬環延伸至介質板邊緣形成饋電口，所述信號饋入線與饋電 口連接。

外金屬環直徑為11cm,內金屬環直徑為8cm，在內金屬環直徑1/3處蜿蜒， 中間金屬環位于內外兩金屬環中心，環寬均為3mm。

本天線作為無線能量傳輸系統發射與接收天線時采用鏡面對稱結構，且發 射、接收天線置于同一水平線上。

所述中間金屬環及外金屬環均為矩形環。

本實用新型的有益效果：

(1)采用條帶狀金屬諧振器而非線型金屬，減少導體損耗，增大輻射效率。

(2)條帶狀導體采用交錯螺旋方式，使得電流能限制在諧振器最外層的物 理范圍內，進一步減少能量損耗，增大輻射效率。

(3)采用新型饋電環，使得整個天線系統能更好地實現50歐姆阻抗匹配。

(4)根據球形模理論，電小天線輻射效率越高，無線能量傳輸效率就越高， 以(1)(2)方法形成的兩新型電小天線分別作為無線能量傳輸發射與接受天線， 獲得高效率無線能量傳輸，在60厘米(3倍天線最大直徑)距離無線能量傳輸 效率達92.4％。

附圖說明

圖1是本實用新型一種無線能量傳輸高輻射效率電小螺旋天線的結構圖；

圖2是圖1中的饋電環結構圖；

圖3是圖1中螺旋諧振器的結構圖；

圖4是本實用新型用于無線能量傳輸系統發射及接收天線的結構圖；

圖5是本實用新型工作在60cm、70cm以及80cm時的能量傳輸效率曲線。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新 型的實施方式不限于此。