[实用新型]一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构

说明书

本实用新型公开了一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构，基于磁谐振耦合无线能量传输方案，发射天线采用带反向绕线的串联谐振线圈阵列结构，接收天线采用带寄生耦合的谐振线圈结构。发射天线为平板型设计，包含三层介质层和四层印刷电路结构，由最外侧平面型多匝线圈与多个内侧平面型多匝线圈串联形成一个闭合的线圈结构；接收天线也为平板型结构，其正面为接收谐振线圈，背面为寄生耦合谐振线圈。通过采用带反向绕线的串联谐振线圈阵列结构，使得接收天线在发射天线区域内横向不同位置移动时，传输效率保持均衡，以满足当无线收发端的尺寸差异较大时，对单个或多个电子设备的无线充电和供电要求。

技术领域

本实用新型属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构。

背景技术

随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和电子消费产品、移动通讯设备等都广泛普及。在传统的家用电器上普遍都依赖于电源线和电源插座之间通过有线的连接方式进行器件供电，采取内置电池的电子设备普遍也是通过充电线和电源插座之间进行有线的连接，所以在日常生活中电线占据了我们大量的活动空间，随之而来的就限制了设备使用的便捷性。但是近几年无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点，无线充电技术迅速发展，人们逐渐适应这种新型的充电方式，并且对无线充电的方式需求不断增长。目前该技术已逐渐被应用于人们日常生活中低功耗的电子产品中，代替了电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便捷。例如各种智能手表、智能手环、电动牙刷、智能手机等。近几年随着5G时代的来临，我们进入了物联网的时代，各种智能穿戴设备、智能家居等领域的应用必将颠覆传统家电、通讯设备的使用模式。以智能家居为例，我们可以利用中远距离的无线能量传输技术，隐藏布线技术以及自动控制技术完全移除掉家居里所有的电源线，全部通过无线充电技术持续给电器供电，可以构建出高效、环保、节能的居住环境。对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。

伴随着无线能量传输技术的发展及应用场景的延伸，就目前而言各种智能设备、生物医学领域及物联网的发展，接收天线的尺寸越做越小，比如待充设备是一个比较小的智能手环、蓝牙耳机或者一个GPS的定位项圈等等，而发射端是一个比较大的充电板，用户现在想要做到随放随充，不考虑被充设备所放置的位置，还要求能有一个稳定的传输效率，这就会出现我们常说的水平自由度的问题；甚至可以同时对多个设备充电，这样就对磁共振无线充电系统中的收发天线的设计提出了比较高的要求。传统的单线圈结构，就是只有一个多匝的四方环形线圈，很难满足接收天线放置在发射天线范围内不同位置时，能有一个稳定的传输效率，只有接收天线正对发射天线中心平行放置时，其传输效率才高，但是向边缘移动的时候传输效率下降的非常明显，尤其是在发射天线的边缘区域非常的低。此外通过在多匝的四方环形线圈里面加入一个反向绕线结构，能够改善收发天线的水平自由度的问题，大多数的位置能满足日常的充电需求，但是当接收天线移动到发射天线的反向绕线区域时，传输效率下降明显，也可以说其传输效率没有，无法满足现在对无线充电的需求。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构解决了现有技术中存在的问题，给便携设备、通讯产品和电子消费产品提供了一个稳定、高效的无线充电或无线电能供给方案，解决了在收发端的尺寸差异很大时，接收天线在发射天线范围内的不同位置有一个稳定均衡的传输效率，收发线圈之间有均衡分布的磁谐振耦合强度，传输效率都保持在75％-80范围内，还能够对多个设备同时进行供电。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构，包括用于无线电能发射的发射天线和用于无线电能接收的接收天线；