[實用新型]一種耦合諧振器參數提取裝置

有效

• 申請號: 201721671175.0
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN207611100U
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 張波;周佳麗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;H02J50/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本實用新型公開了一種耦合諧振器參數提取裝置，該裝置包括散射參數測量裝置、探測線圈、發射端諧振器和接收端諧振器；發射端諧振器由發射線圈和發射端諧振電容組成，以諧振回路連接；接收端諧振器由接收線圈和接收端諧振電容組成，以諧振回路連接；散射參數測量裝置測量端口經同軸電纜與探測線圈連接；探測線圈在特定的探測距離下與發射線圈或接收線圈經電磁場耦合；發射線圈在特定的傳輸距離下與接收線圈經電磁場耦合。本實用新型能夠實現測量設備與待測諧振器之間的隔離，測量結果穩定，且該裝置的擬合精度高，估計得到的耦合諧振器參數更加準確。

技術領域

本實用新型涉及無線電能傳輸或無線輸電技術的領域，尤其是指一種耦合諧振器參數提取裝置。

背景技術

中長距離大功率無線電能傳輸系統主要通過發射線圈與接收線圈耦合產生的電磁場進行電能傳輸。發射線圈與發射端諧振電容組成發射端諧振器，接收線圈與接收端諧振電容組成接收端諧振器，當發射端諧振器的諧振頻率與接收端諧振頻率一致時，發射端諧振器與接收端諧振器進行完全能量傳遞。對于磁諧振式無線電能傳輸系統，系統的工作頻率與兩諧振器的諧振頻率一致，在特定的傳輸距離下，系統的極限效率由發射線圈和接收線圈之間的耦合系數和兩諧振器固有品質因數的乘積決定，這一乘積越大，系統能達到的效率越高；對于基于宇稱-時間對稱的無線輸電系統，接收端諧振器的有載品質因數決定了系統穩定傳輸的臨界傳輸距離，臨界傳輸距離下發射線圈和接收線圈之間的耦合系數與諧振器的固有品質因數決定了系統的穩定傳輸下的極限效率。因此，準確提取諧振器的諧振頻率，品質因數和諧振器間的耦合耦合系數對于無線輸電系統的設計具有重要實際意義。

目前耦合諧振器參數主要采用網絡矢量分析儀或阻抗分析儀等測量設備直接測量。當諧振器諧振頻率達到幾兆至十幾兆赫茲時，采用這種直接測量方法帶來以下問題：一是線圈對于周圍環境十分敏感，線圈的分布電容引起測量結果不穩定，當線圈位置移動、環境改變或連接配件發生變化時，阻抗測量設備的測量結果變化顯著。二是諧振頻率附近阻抗波動范圍大，對測量結果引入較大的測量誤差。對于線圈與諧振電容組成串聯諧振回路的諧振器，測量阻抗在幾歐姆(諧振頻率處)到上千歐姆(偏離諧振頻率)之間變化，對于線圈與諧振電容組成并聯諧振回路的諧振器，測量阻抗則在上千歐姆(諧振頻率處)到幾百歐姆(偏離諧振頻率)波動。特別地，對于高品質因諧振器，上述變化發生在極窄的頻帶內。三是阻抗測量設備精確測量的阻抗范圍有限。對于矢量網絡分析儀，被測阻抗限定為5～500歐姆；對于精密阻抗分析儀，以英國穩科電子儀器的6500B為例，當測量頻率達到1MHz以上時，被測阻抗不應超過5000 歐姆。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種高品質因數耦合諧振器參數提取裝置，適用于無線電能傳輸系統，能夠實現測量設備與被測對象的隔離，具有測量穩定、參數提取精度高和適用性廣等優點。

為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案為：一種耦合諧振器參數提取裝置，包括散射參數測量裝置、探測線圈、發射端諧振器和接收端諧振器；所述發射端諧振器由發射線圈和發射端諧振電容組成，以諧振回路連接；所述接收端諧振器由接收線圈和接收端諧振電容組成，以諧振回路連接；所述散射參數測量裝置測量端口經同軸電纜與探測線圈連接；所述探測線圈在特定的探測距離下與發射線圈或接收線圈經電磁場耦合；所述發射線圈在特定的傳輸距離下與接收線圈經電磁場耦合。

所述散射參數測量裝置測量探測線圈一端口不少于1600個數據點的輸入反射系數，測量頻率范圍的中心頻率為諧振器預估的諧振頻率。

所述探測線圈的電感小于待測諧振器等效電感一個數量級，且能夠根據散射參數測量裝置顯示的輸入反射系數幅值調整探測線圈與待測諧振器之間的探測距離。

所述發射端諧振器按照無線電能傳輸系統設計要求作為能量發射端，發射線圈與發射端諧振電容組成串聯諧振電路，或者發射線圈與發射端諧振電容組成并聯諧振回路，或者采用發射線圈寄生電容為發射端諧振電容，與發射線圈組成自諧振回路。