[发明专利]新型电磁超材料结构

说明书

本发明公开了一种新型电磁超材料结构，该结构包括多个子单元，该结构包括多个子单元，子单元在同一平面内成矩阵排布；每个子单元包括一个回旋形状中心单元和连接在该中心单元四周的四个T字形单元。该电磁超材料结构在65MHz左右能够达到负的介电常数和负的磁导率，其结构简单、易制作。同时，将该电磁超材料结构应用于无线电能传输系统中，利用其对电磁波的平板聚焦特性，提高系统的性能。

技术领域

本发明属于电磁超材料及无线电能传输技术领域，具体涉及一种新型电磁超材料结构。

背景技术

无线电能传输技术有很广泛的应用前景，尤其随着电子设备的普及，人们对安全性、美观性的要求越来越高，无线电能传输技术的发展，为人们实现智能化家庭生活提供了可能。根据实现原理，无线电能传输技术可以分为辐射式和非辐射式。在非辐射式无线电能传输系统中，能量传输距离和能量传输效率成为研究的热点。研究表明，随着能量传输距离的增加，能量传输效率会大幅的降低。例如，图1是基于磁谐振耦合技术的无线电能传输系统组成，在系统中，发射线圈和接收线圈具有相同地共振频率，同时线圈要具有较高的品质因数，系统可以在中距离的范围内，达到较高的传输效率。但随着传输距离的持续增加，其传输效率也会大幅下降，这将大大限制该系统的应用范围。为了解决这一问题，研究者提出了利用电磁超材料来提高系统的性能。

参见图2，是电磁波穿过传统材料的变化示意图，图3是电磁波穿过电磁超材料后的变化示意图，对比图2和图3，可以看出电磁超材料能够改变电磁波的传播方向，对电磁波起到聚焦作用。这是因为，相对于传统的材料，电磁超材料通过周期性的结构能够实现负磁导率和负介电常数，正是由于电磁超材料的双负特性，所以能够改变电磁波的传播方向，对电磁波起到聚焦作用。

本发明利用电磁超材料的这一特性，将电磁超材料应用于无线电能传输系统中，对电磁超材料结构进行设计，从而提高系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型电磁超材料结构，使其磁导率和介电常数达到双负特性，并将其应用于无线电能传输系统中，利用电磁超材料对电磁波的平板聚焦特性，提高系统的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型电磁超材料结构，该结构包括多个成型的子单元，子单元在同一平面内成矩阵排布。

在上述技术方案中，各子单元之间的间隙距离为2cm。

在上述技术方案中，各子单元组成的电磁超材料结构印刷(承载)在pcb板上。

在上述技术方案中，各子单元的层厚为1mm。

在上述技术方案中，所述新型电磁超材料结构在65MHz左右达到负的介电常数和负的磁导率。

上述电磁超材料结构在无线电能传输系统中的应用：电磁超材料位于发射线圈和接收线圈之间，用于改变发射线圈产生的磁场传播方向，对电磁场起到聚焦作用。仿真结果表明，加入超材料之后，无线电能传输系统的传输效率提高了大约10％左右。

本发明的优点和有益效果为：

本发明提供一种新型电磁超材料结构，该结构在65MHz左右能够达到负的介电常数和负的磁导率，其结构简单、易制作。同时，将该电磁超材料结构应用于无线电能传输系统中，利用其对电磁波的平板聚焦特性，提高系统的性能。

附图说明

图1是基于磁谐振耦合技术的无线电能传输系统组成示意图。

图2是电磁波穿过传统材料的变化示意图。

图3是电磁波穿过电磁超材料后的变化示意图。

图4是本发明的电磁超材料结构的结构示意图。

图5是本发明的电磁超材料结构的结构示意图。