[发明专利]一种无线能量传输高辐射效率电小螺旋天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域，具体涉及一种无线能量传输高辐射效率电 小螺旋天线。

背景技术

根据能量传输实现机理和方式的不同，无线能量传输技术大致上可分为基 于电磁感应原理的无线能量传输技术、通过天线发送和接收的电磁波能量传输 技术(RF无线电波技术)、激光技术、微波技术和基于电场原理的容性无线电 能传输技术。这些能量传输方式中，激光方式只能点对点传输，且易受环境因 素的影响；微波和RF无线电波方式在大功率能量传输过程中均存在辐射太强， 对人体有害的弊端；电场耦合无线电能传输的技术目前尚处于起步阶段。

所谓近场，指的是介于感应区和远场自由空间之间的高效率能量传输区 域。2007年，美国麻省理工大学的研究出基于耦合模理论磁耦合谐振技术中距 离无线能量传输的两大科研成果：1)当两个线圈谐振频率相同的情况下(ω1＝ ω2)，两个线圈的磁场处在强耦合谐振状态，此时，谐振初级线圈不断从激励 源中抽取能量，通过强耦合谐振方式传递给谐振次级线圈；2)两线圈的品质因 子越大，即储存的电抗能量/辐射及欧姆损耗比率越大，线圈周围空间储存磁场 能量越高，辐射、欧姆损耗越小，两线圈无线能量传输效率越高。自此以来， 国内外关于近场无线能量传输的研究越来越热。根据工作原理，基本分为两大 类，一类是两线圈系统，此类系统直接将能量从初级线圈通过谐振传输至次级 线圈，系统结构简单，但传输距离短，效率低。另一类是四线圈系统，此类系 统在初级线圈与次级线圈中加两个同频谐振器，通过初级、次级线圈优化匹配 阻抗，增大传输效率，通过谐振器增加传输距离。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种无线能量传输高辐 射效率电小螺旋天线。

本发明采用如下技术方案：

一种无线能量传输高辐射效率电小螺旋天线，用于无线能量传输系统发射 及接收天线，包括介质基板、馈电环、信号馈入线及螺旋谐振器，所述馈电环 印制在介质基板上，所述介质基板及螺旋谐振器接触，且放置在同一中轴线上， 所述馈电环由三个末端相连的金属环及外加电容构成，所述螺旋谐振器由铜带 从内到外交错螺旋而成。

所述三个金属环包括外金属环、内金属环及中间金属环，所述外加电容位 于外金属环与介质基板长度方向中线的交点处。

所述螺旋谐振器由铜带从内到外交错螺旋而成，具体内环铜带宽度为4cm， 外环宽度外5cm，内、外环间距2cm。

还包括桥接电容，桥接在螺旋谐振器内环起点与外环终点的连接处。

所述外加电容为300pf，桥接电容为180pf。

馈电环的外金属环延伸至介质板边缘形成馈电口，所述信号馈入线与馈电 口连接。

外金属环直径为11cm,内金属环直径为8cm，在内金属环直径1/3处蜿蜒， 中间金属环位于内外两金属环中心，环宽均为3mm。

本天线作为无线能量传输系统发射与接收天线时采用镜面对称结构，且发 射、接收天线置于同一水平线上。

所述中间金属环及外金属环均为矩形环。

本发明的有益效果：

(1)采用条带状金属谐振器而非线型金属，减少导体损耗，增大辐射效率。

(2)条带状导体采用交错螺旋方式，使得电流能限制在谐振器最外层的物 理范围内，进一步减少能量损耗，增大辐射效率。

(3)采用新型馈电环，使得整个天线系统能更好地实现50欧姆阻抗匹配。

(4)根据球形模理论，电小天线辐射效率越高，无线能量传输效率就越高， 以(1)(2)方法形成的两新型电小天线分别作为无线能量传输发射与接受天线， 获得高效率无线能量传输，在60厘米(3倍天线最大直径)距离无线能量传输 效率达92.4％。

附图说明

图1是本发明一种无线能量传输高辐射效率电小螺旋天线的结构图；

图2是图1中的馈电环结构图；

图3是图1中螺旋谐振器的结构图；

图4是本发明用于无线能量传输系统发射及接收天线的结构图；

图5是本发明工作在60cm、70cm以及80cm时的能量传输效率曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。

实施例