[发明专利]无线电能传输的宽频负磁导率超材料板及其工作方法

说明书

本发明涉及一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板，包括介质基板，在介质基板两侧分别设置有谐振线圈A和谐振线圈B，所述谐振线圈A和谐振线圈B的螺旋圈数不同；本发明还涉及一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板的工作方法。本发明结构简单、操作简便，具有较宽的带宽和工作频段。

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板及其工作方法。

背景技术

电磁超材料属于一种人工材料，是自然界不存在的一种具有复合结构的特殊材料。因在一定条件下该材料的磁导率和介电常数可实现负值，故在电磁学领域具有一些特殊的性能，这种材料又被称为左手材料或超材料。

近年来，随着磁耦合谐振式无线电能传输技术的兴起，如何提高无线传能的效率成为了当前必须去解决的重要问题。无线传能系统谐振线圈的耦合程度是提高传输效率的关键所在，而耦合程度与距离又有着密切的关系，线圈产生的磁场随着距离的增加会呈指数衰减，这导致了无法将无线输电广泛应用于工业上。而在解决该问题上，负磁导率超材料可以得到很好的应用，该材料具有磁场聚焦效应，将其放入无线电能传输系统中可以极大提高无线电能传输过程中的传输距离和效率。

传统的负磁导率超材料具有很多的问题，工作于13.56MHZ频率下的传统超材料的负磁导率有效部分仅仅在1M到2M左右，有效带宽过窄，如果系统工作频率因为外在因素发生波动，那么该系统的传输效率将会急剧下降，无法达到要求，而且由于该材料工作频段狭窄，设计精度和加工精度要求很高，这极大限制了超材料在无线电能传输系统中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板及其工作方法，结构简单、操作简便，具有较宽的带宽和工作频段。

本发明的技术方案是：一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板，包括介质基板，在介质基板两侧分别设置有谐振线圈A和谐振线圈B，所述谐振线圈A和谐振线圈B的螺旋圈数不同。

进一步的，将谐振线圈A和谐振线圈B沿垂直于介质基板的方向上平移至同一平面时，谐振线圈A和谐振线圈B的绕线纹路不会重叠，且谐振线圈B位于谐振线圈A的最内圈的内部。

进一步的，谐振线圈A的圈数为12~25圈。

进一步的，谐振线圈B的圈数为6~16圈。

进一步的，谐振线圈A和谐振线圈B的圈数相差7~11圈。

进一步的，谐振线圈A和谐振线圈B的金属线厚度为0.01mm～0.05mm，宽度为0.5mm～2mm，金属线与金属线之间的间距为1mm～2mm。

进一步的，介质基板为环氧树脂基板，介质基板的厚度为0.8mm～3mm。

本发明提供的另一种技术方案是，一种无线电能传输的宽频负磁导率超材料板的工作方法，包括所述的无线电能传输的宽频负磁导率超材料板：在工作时，将若干块宽频负磁导率超材料板以阵列的形式排列，当电磁波入射到该宽频负磁导率超材料板阵列结构上时，每个宽频负磁导率超材料板上的电感和寄生电容会发生谐振，使得电磁波的反射与透射发生改变，从整个周期阵列来讲，该宽频负磁导率超材料板阵列结构整体的磁导率在谐振点之后会出现负磁导率部分，从而产生电磁波聚集效应，通过改变线圈圈数、宽度和厚度可以改变超材料的工作频段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明具有较宽的工作频段，可以适应于复杂的工作环境；

(2)本发明体积小，厚度薄，加工方便；

(3)本发明产生的损耗低；

(4)通过实验可知，该变线圈和基板参数可以改变超材料的工作频段，因此可以通过参数选择来控制工作频段，可适用于多种无线电能传输装置；