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时间:2019-03-12
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1、硕±学位论文胃\雜圍集成人工电磁超材料的高效无线能量传输系统研究作者姓名骆臟指导教师姓名、巧祿李龙教授_申请学位类别工学魁I西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明策承学校严谨的学风和化良的科学道徳,本人卢明所立交的论文担我个人在导帅指诗下进行的研充;|:作及取得的研巧成果。尽我所知,除了义中特别加U标注和致谢1外中所罗列的内容^|,论文中不包含其他人己泣发表或撰与过的硏化成果:也不化含为巧巧巧女屯丫科技大学或其它巧巧机构的学位或证书而使用过
2、的材料一。与我问[;作的问杂对本研究所做的任何巧献均已在论文中作了明确的说剛并衣巧了谢忘。一学位论文巧有不实之处,本人巧巧切法泮责化。本人签名:蟲,lj气娜期:西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全r解西安电子科技大学有关保南和使用学位论义的规巧,叫:研究生在巧攻读巧化別间论文工作的知巧产权席于四巧电子科巧乂学。学校巧权保巧送交论文的转印件,允许闊n、借阅论义__:学校ry公布论义的全部或部分内宵,允许采川彭印、缩印或巧它M制于段保巧论文。同时本人保地,结行巧位
3、论义研究成巧完成的论义、化明专利等成果,署名单位为西女电子科技乂学。惦密的巧位论义化■年解跑厄巧川木榜权书。 ̄、本人盤名:讓測巾签名;為^,反,:/。,口期i知X円期:\呼学校代码10701学号1302120934分类号TN80密级公开西安电子科技大学硕士学位论文集成人工电磁超材料的高效无线能量传输系统研究作者姓名:骆成栋一级学科:电子科学与技术二级学科:电磁场与微波技术学位类别:工学硕士指导教师姓名、职称:李龙教授学院:电子工程学院提交日期:2015年11月StudyonHighEf
4、ficientWirelessPowerTransferSystemIntegratedwithMetamaterialsAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyByLuoChengdongSupervisor:LiLongProfessorNovember2015摘要摘要人工电磁媒质
5、,也被称为电磁超材料(Metamaterials),它是指根据电磁学理论由人工设计出、具有许多常规媒质不具备的奇异特性的人工媒质。本文根据人工电磁媒质的设计理论,设计了一种高度亚波长小型化的磁负超材料单元,并将其组成阵列,应用于无线能量传输系统中;又从理论上分析了磁耦合谐振式无线能量传输系统的工作机理,研究了不同参数对系统的传输特性的影响,将所设计人工电磁媒质阵列应用于无线能量传输系统中,提高了传输的效率和距离;最后增加了对多发射谐振器和多接收谐振器组成的无线能量传输系统(MTMR-WPT)的研究,并研究增加电
6、磁超材料对系统的影响。本文的主要研究工作包括以下方面:首先,设计了一种在介质基板两面都刻蚀平面螺旋结构的负磁导率人工电磁媒质,其波长与单元尺寸比大于307,实现了亚波长小型化的特点。为应用于无线能量传输系统中,将单元分别组成44、66、88和1010的阵列,通过仿真验证,其磁负特性和谐振频率与所设计的保持一致。其次,基于磁耦合谐振的原理,分析并设计出无线能量传输系统,并对系统中主要参数进行了分析。通过改变线圈匝数、螺距、线圈宽度、基板介电常数和厚度等不同参数,观察系统的反射系数S11、传输系数S21以及
7、传输效率等特征量,得到系统的变化规律,并优化了传输系统原型。接下来通过改变收发谐振器间的距离变化和空间位置变化,研究出系统的响应变化规律以及匹配的条件。通过将接收谐振器在其所在平面内旋转,绕着坐标轴旋转以及绕着发射谐振器旋转,并且在这三种情况下分别增加相应的匹配电路,使得收、发谐振器达到谐振状态,然后对比传输系数S21以及传输效率等,得出系统的传输特性的变化规律。第三,将之前设计的人工电磁媒质阵列集成在磁谐振耦合无线能量传输系统中,探索电磁超材料对于能量传输的影响。通过对比加载人工电磁媒质前后,系统在匹配状
8、态下的能量传输效率,可以看出加载人工电磁媒质对于能量传输效率有提高作用,其原理主要是由于材料的磁负特性,磁场穿过超材料后有汇聚的作用。分别使用44、66、88和1010的阵列,置于无线能量传输系统中,可以看出不同阵列大小产生的提高作用不同。由于人工电磁媒质有损耗,因此不是阵列越大对传输效率的提高就越强,选取合适的阵面大小也很重要。增加两层人工电磁媒质材料在无线能量传输系统中,可
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