[发明专利]一种应用于无线电能传输的可调频负磁导率超材料板

说明书

本发明涉及一种应用于无线电能传输的可调频负磁导率超材料板，包括介质基板、单片机控制模块及分别设置在介质基板两侧的谐振线圈和开关电容阵列；正面谐振线圈与反面开关电容阵列通过过孔相连；反面开关电容阵列包括由多个继电器组成的开关阵列和若干离散的电容，每个继电器分别与一个电容连接；单片机控制模块包括单片机、独立矩阵键盘及液晶显示屏；用户通过矩阵按键将所需负磁导率频段信息发送给单片机，单片机将接收到的按键信息转换为电信号控制对应的继电器打开，进而将相应的电容串联接入谐振回路，并且关闭其余继电器。本发明结构简单、操作简便，可根据自己的需要调整超材料板的负磁导率频段。

技术领域

本发明涉及电磁学领域，特别是一种应用于无线电能传输的可调频负磁导率超材料板。

背景技术

超材料是负折射率材料、左手材料、非正定介质等的统称，是一种人工材料，是自然界不存在的人们为了实现一定目的而人为构建的一种具有复合结构的特殊材料。超材料可以在特定频率范围内实现负磁导率或负介电常数，因此一经提出就成为电磁学领域的研究热点。在无线电能传输领域具有一些特殊的性能，比如说放大倏逝波，使源端的能量更多的聚集在负载端，电磁隐身等等。

无线电能传输技术是指不通过导线将电能从源端传输到负载端的一种电能传输方式。近年来，随着磁谐振式无线电能传输技术的发展，提高无线电能传输的效率和距离成为亟待解决的问题，线圈的品质因数及耦合程度是影响效率的两个主要因素，但品质因数由线圈的本身材料所决定，无法有大的提高，因此提高谐振线圈的耦合程度是提高谐振线圈传输效率的关键所在，而线圈产生的磁场随距离的增加呈指数衰减，耦合程度也随之降低，这导致无线电能传输系统无法广泛的应用在工业上。针对这个问题，加载负磁导率超材料板是一种很好的解决方案，该材料可以对谐振线圈的近场进行调控，使得源端的能量更多的聚集在负载端，从而增强谐振线圈的耦合，极大的提高了无线电能传输过程中的传输效率和距离。

传统的负磁导率超材料只有单频工作点，然而磁耦合谐振式无线电能传输系统随着距离的变化最佳电能传输频率随之改变，不同的无线电能传输系统它们的电能传输频率也不同，传统的超材料已无法达到要求，这极大的限制了超材料在无线电能传输系统中的应用，因此未来对超材料的研究将会集中在可调频的研究上。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于无线电能传输的可调频负磁导率超材料板，实现了负磁导率频段的可调。

本发明采用以下方案实现：一种应用于无线电能传输的可调频负磁导率超材料板，包括介质基板、单片机控制模块及分别设置在介质基板两侧的谐振线圈和开关电容阵列；所述单片机控制模块位于所述介质基板背面；正面谐振线圈与反面开关电容阵列通过过孔相连；反面开关电容阵列包括由多个继电器组成的开关阵列和若干离散的电容，其中，每个继电器分别与一个电容连接；所述单片机控制模块包括单片机、独立矩阵键盘及液晶显示屏；所述液晶显示屏与所述单片机连接，用以展示用户操作过程；所述单片机与所述独立矩阵键盘连接，所述单片机还与所述开关阵列中的各个继电器连接，用以将独立矩阵键盘接收到的用户根据自己所需的负磁导率频段按下的按键信息传送给单片机，单片机将接收到的按键信息转换为电信号控制对应的继电器打开，进而将相应的电容串联接入谐振线圈，并且关闭其余继电器；通过控制不同参数的电容与谐振线圈谐振得到不同的负磁导频段，实现超材料板工作频率的可调性。

进一步地，所述谐振线圈的圈数为4~18圈。

进一步地，所述谐振线圈能够选择方形螺旋线圈结构或圆形螺旋线圈结构。

进一步地，所述谐振线圈的金属线厚度为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。

进一步地，所述介质基板为环氧树脂基板，介质基板的厚度为0.8mm~3mm。

进一步地，所述开关电容阵列是由2~10个继电器组成的开关阵列和2~10个离散的电容组成，每个继电器均连接一个电容。