[發明專利]一種應用于無線電能傳輸的可調頻負磁導率超材料板

有效

• 申請號: 202110556426.5
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113517567B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 鄭宗華;馮浩鳴;方鑫;鄭益田
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種應用于無線電能傳輸的可調頻負磁導率超材料板，包括介質基板、單片機控制模塊及分別設置在介質基板兩側的諧振線圈和開關電容陣列；正面諧振線圈與反面開關電容陣列通過過孔相連；反面開關電容陣列包括由多個繼電器組成的開關陣列和若干離散的電容，每個繼電器分別與一個電容連接；單片機控制模塊包括單片機、獨立矩陣鍵盤及液晶顯示屏；用戶通過矩陣按鍵將所需負磁導率頻段信息發送給單片機，單片機將接收到的按鍵信息轉換為電信號控制對應的繼電器打開，進而將相應的電容串聯接入諧振回路，并且關閉其余繼電器。本發明結構簡單、操作簡便，可根據自己的需要調整超材料板的負磁導率頻段。

技術領域

本發明涉及電磁學領域，特別是一種應用于無線電能傳輸的可調頻負磁導率超材料板。

背景技術

超材料是負折射率材料、左手材料、非正定介質等的統稱，是一種人工材料，是自然界不存在的人們為了實現一定目的而人為構建的一種具有復合結構的特殊材料。超材料可以在特定頻率范圍內實現負磁導率或負介電常數，因此一經提出就成為電磁學領域的研究熱點。在無線電能傳輸領域具有一些特殊的性能，比如說放大倏逝波，使源端的能量更多的聚集在負載端，電磁隱身等等。

無線電能傳輸技術是指不通過導線將電能從源端傳輸到負載端的一種電能傳輸方式。近年來，隨著磁諧振式無線電能傳輸技術的發展，提高無線電能傳輸的效率和距離成為亟待解決的問題，線圈的品質因數及耦合程度是影響效率的兩個主要因素，但品質因數由線圈的本身材料所決定，無法有大的提高，因此提高諧振線圈的耦合程度是提高諧振線圈傳輸效率的關鍵所在，而線圈產生的磁場隨距離的增加呈指數衰減，耦合程度也隨之降低，這導致無線電能傳輸系統無法廣泛的應用在工業上。針對這個問題，加載負磁導率超材料板是一種很好的解決方案，該材料可以對諧振線圈的近場進行調控，使得源端的能量更多的聚集在負載端，從而增強諧振線圈的耦合，極大的提高了無線電能傳輸過程中的傳輸效率和距離。

傳統的負磁導率超材料只有單頻工作點，然而磁耦合諧振式無線電能傳輸系統隨著距離的變化最佳電能傳輸頻率隨之改變，不同的無線電能傳輸系統它們的電能傳輸頻率也不同，傳統的超材料已無法達到要求，這極大的限制了超材料在無線電能傳輸系統中的應用，因此未來對超材料的研究將會集中在可調頻的研究上。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種應用于無線電能傳輸的可調頻負磁導率超材料板，實現了負磁導率頻段的可調。

本發明采用以下方案實現：一種應用于無線電能傳輸的可調頻負磁導率超材料板，包括介質基板、單片機控制模塊及分別設置在介質基板兩側的諧振線圈和開關電容陣列；所述單片機控制模塊位于所述介質基板背面；正面諧振線圈與反面開關電容陣列通過過孔相連；反面開關電容陣列包括由多個繼電器組成的開關陣列和若干離散的電容，其中，每個繼電器分別與一個電容連接；所述單片機控制模塊包括單片機、獨立矩陣鍵盤及液晶顯示屏；所述液晶顯示屏與所述單片機連接，用以展示用戶操作過程；所述單片機與所述獨立矩陣鍵盤連接，所述單片機還與所述開關陣列中的各個繼電器連接，用以將獨立矩陣鍵盤接收到的用戶根據自己所需的負磁導率頻段按下的按鍵信息傳送給單片機，單片機將接收到的按鍵信息轉換為電信號控制對應的繼電器打開，進而將相應的電容串聯接入諧振線圈，并且關閉其余繼電器；通過控制不同參數的電容與諧振線圈諧振得到不同的負磁導頻段，實現超材料板工作頻率的可調性。

進一步地，所述諧振線圈的圈數為4~18圈。

進一步地，所述諧振線圈能夠選擇方形螺旋線圈結構或圓形螺旋線圈結構。

進一步地，所述諧振線圈的金屬線厚度為0.01mm~0.05mm,寬度為0.5mm~2mm，金屬線與金屬線之間的間距為1mm~2mm。

進一步地，所述介質基板為環氧樹脂基板，介質基板的厚度為0.8mm~3mm。

進一步地，所述開關電容陣列是由2~10個繼電器組成的開關陣列和2~10個離散的電容組成，每個繼電器均連接一個電容。