一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線的製作方法
2023-05-08 05:04:21 1
專利名稱:一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括兩根以上銅線，兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線，本實用新型以泡沫球為支撐體，將單極子天線繞成球面螺旋單極子天線，形成多臂球面螺旋單極子天線，這個電小天線以最小體積獲得高輻射效率及有效的中距離無線能量傳輸。
【專利說明】一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線能量傳輸天線領域，特別涉及一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線。
【背景技術】
[0002]目前，非固定用電裝置(如井下挖掘、工廠吊裝設備、輕軌電車等)的能量供給均是線連接，電能傳輸方式存在設備移動靈活性不佳，同時可能出現環境汙染、工作幹擾、不美觀等隱患。尤其滑動和滾動接觸取電方式伴隨著機構磨損，接觸火花會在周邊產生高頻強電磁幹擾，大電流載體不安全裸露等問題，對供電安全和環境安全方面構成了威脅。
[0003]隨著現今醫療技術的快速發展，科學家研宄出用各種電子設備來彌補心臟、肝臟、腎臟等人體器官的缺陷，甚至採用電子輔助設備維持這些器官正常工作，使得器官移植等手術治療方式已被愈來愈多的患者接受。如果能以非接觸的供能方式作用於器官移植的手術過程中，從體外為安裝於患者體內的人工器官供電，不僅可以避免損害皮膚和手術感染的風險，還可以在一定程度避免重複手術給患者帶來的痛苦，大幅提高器官移植患病者的生活質量。
[0004]綜上所述，隨著人們生產活動和生活範圍的擴大、電氣生產、生活設備及特殊環境下的供電需求加速無線能量傳輸的出現，傳統的接觸式電能傳輸模式已經不能滿足現今各種用電需求，無線能量傳輸技術成為國際學術界矚目的新型能量傳輸技術。
[0005]無線能量傳輸包括近場短距離與中距離傳輸。短距離傳輸基於變壓器原理的電磁感應定律，目前技術已經成熟。中距離傳輸目前基於耦合模理論，技術不成熟:(I)超過耦合模距離，效率下降，存在距離-效率問題。(2)中距離傳輸的大間距，存在電磁洩露問題。
(3)中距離傳輸需低頻，存在大尺寸問題。新的理論傳輸模型是解決問題的關鍵。
實用新型內容
[0006]為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線。
[0007]本實用新型解決了現有技術中如下的問題:(I)基於球形模理論，電小天線輻射效率越高，近場越強，近場範圍越大，這樣解決了距離-效率問題。(2)基於電小天線理論，球面螺旋電小天線具有相對較高的輻射效率，這樣不僅解決了電小天線的輻射效率問題，還解決了電小天線輻射效率問題，同時電小天線具有電抗近場範圍大的特點，進一步解決了距離效率問題。
[0008]本實用新型採用如下技術方案:
[0009]一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括兩根以上銅線，所述兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線。
[0010]所述銅線具體為二根、三根或四根銅線。
[0011]所述泡沫球的直徑為30釐米。
[0012]所述銅線具體為二根時，長度為13.6米；銅線具體為三根時，長度為7.4米。
[0013]本實用新型銅線即天線臂的長度由由工作頻率決定，工作頻率越低，長度越長。球天線的輻射效率由臂數目決定，臂越多，輻射效率越高。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]I)巧妙地利用所有形狀中球面形狀體積最小，輻射表面積最大，也就是說球面螺旋天線是輻射效率最佳，體積最小的電小天線；
[0016](2)採用一臂激勵，其它臂產生感應電流，形成多臂輻射，提高輻射面積，進而提高輻射效率。
[0017](3)根據球形模理論，電小天線輻射效率越高，無線能量傳輸效率就越高，
[0018](4)饋電埠位於發射球形天線其中一輻射臂中點，接受50歐負載位於接收球形天線其中一臂中點接，避免能量反射，饋電與負載的這種位置有利於阻抗匹配。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例1的結構示意圖；
[0020]圖2是本實用新型實施例2的結構示意圖。
[0021]圖3是本實用新型兩實例能量傳輸效率(縱坐標PTE)與工作頻率(f)曲線數據。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
[0023]實施例1
[0024]如圖1所示，一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括三根銅線，三根銅線以球面螺旋線形狀纏繞在直徑為30釐米的泡沫球上形成三臂球面螺旋線天線，所述銅線的長度為7.4米(對應工作頻率23.55MHz)，天線的輻射效率為63%。按這種方法做兩個球面螺旋天線，一為無線能量傳輸發射天線，一為無線能量傳輸接收天線，獲得高效率無線能量傳輸，當本實用新型作為發射天線時，饋電埠位於天線其中一輻射臂中點，接收50歐負載位於接收球形天線其中一臂中點連接，如圖3所示，本實施例的小天線分別作為無線能量傳輸的發射與接收天線，工作頻率23.55MHz，天線直徑30釐米，工作距離80釐米的無線能量傳輸效率達到87%。
[0025]實施例2
[0026]如圖2所示，一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，包括二根銅線，所述二根銅線以球面螺旋線形狀纏繞在直徑為30釐米的泡沫球上，形成二臂球面螺旋線天線，所述銅線的長度為13.6米(對應工作頻率13.88MHz)，天線的輻射效率23%。
[0027]如圖3所示，本實施例的小天線分別作為無線能量傳輸的發射與接收天線，在工作頻率13.88MHz，天線直徑30釐米，工作距離80釐米的無線能量傳輸效率達到91 %。
[0028]無線能量傳輸是天線直徑、工作頻率及工作距離的函數，本實用新型是電小天線，且ka = 0.01的數量級，其中k是自由空間波數，a是天線半徑。當工作頻率、工作距離及天線輻射效率一定時，天線直徑越小，無線能量傳輸效率越高。
[0029]本實用新型工作在低頻，當工作距離、天線輻射效率及天線直徑一定時，工作頻率越低，無線能量傳輸效率越高。
[0030]本實用新型工作時保證天線有足夠的輻射效率，高效率能量傳輸所要求的輻射效率是工作頻率、工作距離、能量傳輸效率及天線大小的函數，當工作距離、能量傳輸效率及天線大小一定時，隨著工作頻率降低，所要求的天線輻射效率也降低。
[0031]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特徵在於，包括兩根以上銅線，所述兩根以上銅線以球面螺旋線形狀纏繞在泡沫球上，形成球面螺旋線天線。2.根據權利要求1所述的一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特徵在於，所述銅線具體為二根、三根或四根銅線。3.根據權利要求1所述的一種中距離無線能量傳輸球面螺旋電小天線，其特徵在於，所述泡沫球的直徑為30釐米。4.根據權利要求2所述的小天線，其特徵在於，銅線具體為二根時，長度為13.6米；銅線具體為三根時，長度為7.4米。
【文檔編號】H01Q1-50GK204289704SQ201420785172
【發明者】黃惠芬, 李婷 [申請人]華南理工大學