[發明專利]無線能量傳輸系統

在審

• 申請號: 202111096291.5
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113852214A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 王哲;陸鈞;賀凡波;葛俊杰;馬俊超
• 申請（專利權）人: 合肥有感科技有限責任公司
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02J50/23;H02J50/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了無線能量傳輸系統包括：工作端和輔助端；工作端具有：處理器、接收端、發射端和天線陣列；接收端、發射端分別和處理器聯通；天線陣列通過切換開關擇一地連接接收端或者發射端；接收端包括多組彼此獨立的處理電路；發射端包括多組彼此獨立的工作電路；天線陣列包括多組彼此獨立的天線單元；處理電路、工作電路和天線單元的數量相同；輔助端具有：輔助電路、輔助發射天線和介質匹配腔；介質匹配腔位于輔助發射天線的發射路徑上。工作端接收輔助端發射測試電磁波，并調試與測試電磁波反向的輻射電磁波，向目標匯集位置發射，實現能量的“匯集”，配合介質匹配腔，模擬不同的環境場景，使整個系統能夠對該場景適用。

技術領域

本發明涉及無線能量傳輸領域，尤其涉及無線能量傳輸系統。

背景技術

無線能量傳輸是指能量不經過直接的物理接觸而在空間中從能量發射端到能量接收端的傳輸過程。常見的無線能量傳輸采用平面感應線圈實現，在電磁近場區傳輸，而能量會隨傳播距離增加迅速衰減，因此傳播距離有限。

以電磁波為載體的無線能量傳輸方式能在較遠的距離上傳輸能量，電磁波形成匯集的基本原理是通過控制電磁波的相位對波程的延遲進行補償，使能量在特定位置上同相疊加，形成能量“匯集”。匯集式無線能量傳輸在工業領域和醫療領域具有廣泛應用前景，如為植入式醫學電子裝置或注入人體的納米機器人無線供電，或為體內應用的鐵磁性納米顆粒提供電磁場引導，以及用于局部靶向熱消融治療、近場通信及非接觸傳感器供電等用途。而電磁波在參數復雜的場景，如在人體介質內傳播時，會不斷地產生散射和吸收，匯集目標位置與天線單元位置的波程按照常規估算的方法其精度將受到影響，甚至無法形成匯集，同時天線單元的發射功率還受到國家規范對電磁安全限值的約束，因此如何在復雜傳播環境下實現能量的有效聚集仍然是中遠距離無線能量傳輸技術中存在的一個重要問題。

發明內容

本發明提供一種無線能量傳輸系統，能夠實現有效的能量匯集，完成能量的無線傳輸。

無線能量傳輸系統，包括：工作端和輔助端；所述工作端具有：處理器、接收端、發射端和天線陣列；所述接收端、所述發射端分別和所述處理器聯通；所述天線陣列通過切換開關擇一地連接所述接收端或者所述發射端；所述接收端包括多組彼此獨立的處理電路；所述發射端包括多組彼此獨立的工作電路；所述天線陣列包括多組彼此獨立的天線單元；所述處理電路、所述工作電路和所述天線單元的數量相同；所述輔助端具有：輔助電路、輔助發射天線和介質匹配腔；所述介質匹配腔的工作位置位于所述輔助發射天線的發射路徑上。

優選的，所述天線單元的數量≥P_need/P_rfar，其中，P_need為所述天線單元所需的接收功率值；P_rfar＝P_t*G_tG_rλ²/(4πR_far)²，λ為天線單元發射輻射電磁波在自由空間中的波長，P_t為天線單元的發射功率，G_t為天線單元的增益，G_r為能量接收天線的增益，R_far是天線單元距離功率傳輸目標位置的最遠距離。

優選的，所述處理電路包括依次連接的濾波放大器、混頻器和模數轉換器；所述工作電路包括依次連接的數模轉換器移相器和功率放大器；所述天線陣列通過所述切換開關擇一地連接到所述濾波放大器和功率放大器。

優選的，所述接收端還包括第一信號發生器，連接至所述混頻器；所述發射端還包括第二信號發生器，連接至所述移相器。

優選的，所述輔助電路包括：輔助信號發生器和輔助功率放大器。

優選的，所述天線單元的天線長度為λ/2，且相鄰的所述天線單元之間的距離為λ/2。

優選的，所述天線陣列呈球體、半球體、多邊體或平面結構。