[发明专利]一种用于无线输能的腔体内电磁场均匀化方法

说明书

本发明公开了一种用于无线输能的腔体内电磁场均匀化方法。本发明用内部多端口方法，计算出某种端口配置下超表面谐振腔内的电磁场分布，然后通过遗传算法找到适宜的端口连接方式，该端口连接方式可实现腔体内电磁场近似均匀地分布。本发明实现了谐振腔中电磁场的均匀分布，可在腔内实现处处高效能传输。

技术领域

本发明属于无线功率传输领域，具体涉及一种用于无线输能的腔体内电磁场均匀化方法。

背景技术

近几年的无线能量传输发展迅速，在智能电子、电动车辆、电力传输等主要领域都有重大应用。在一些特殊场合，传统输电方式在安全上存在隐患，而独立的岛屿，在山顶的基站也都难以采用架设电线的传统配电方式，所以无线能量传输就变得越发重要和迫切。无线能量传输有多种方式，其中谐振腔腔的腔内无线能量传输是一种高效的能量传输方式，它能够将能量完全集中于腔内，没有能量流出，它的发展使得在三维空间中实现高安全性的功率传输成为可能。

但是因为谐振腔中的谐振模式具有不均匀性，即有的地方电磁场较大，有的地方电磁场较小。而无线能量的传输功率和效率与场值大小有关，所以这些谐振零点的存在限制了零点位置的传输功率和效率。

发明内容

本发明提供一种用于无线输能的腔体内电磁场均匀化方法，目的是尝试内部多端口方法来调节谐振腔内的模式，试图在谐振腔中构造复合模式，实现近似均匀的腔体场分布，消除谐振零点的存在，这样就能够在谐振腔处处实现高效能量传输。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于无线输能的腔体内电磁场均匀化方法，包括以下步骤：

S1.建立超表面谐振腔，在超表面设置若干个端口；

S2.设定端口类型为离散端口中S-Parameter类型，仿真出需优化频点所有端口的S参数；

S3.设定每个端口的端口电流为单位电流，仿真出需优化频点每个端口的场分布，用E_q表示端口q的电场分布；

S4.用内部多端口方法计算出需优化频点每个端口的实际电流，用i_q表示端口q的实际电流，计算出实际总场Q为最大端口数；

S5.设定场值差和函数E_total(m)表示第m个需优化场点的电场幅值，表示所有需优化场点的平均场值，p为选取的优化场点数量；

S6.用遗传算法求得Diff的最小值。

进一步地，步骤S1中所述的超表面谐振腔为金属网格谐振腔。

进一步地，所述的金属网格谐振腔的长为916mm，宽为916mm，高为1204mm。

进一步地，所述的金属网格谐振腔的网孔的孔径设置为80mm，相邻两个网孔之间的边线宽度为16mm，每个面的边沿宽度为34mm。

进一步地，在网孔边线中心挖出1mm宽的缝隙。

进一步地，缝隙设置为内部端口，通过改变端口的连接和断开实现超表面的可重构性。

进一步地，在所述的金属网格谐振腔的底面和顶面设置内部端口，共288个，每面144个。

进一步地，步骤S2中仿真出需优化频点所有端口的S参数的条件是设置为单频点278MHz。

进一步地，步骤S4中q的取值为1～288，Q为288。

进一步地，步骤S5中m∈[1,58]，p为58。

本发明具有以下技术效果：