发射和接受元件率的无线功率传输系统

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1、发射和接受元件率的无线功率传输系统袁乔伟，陈强，KunioSawaya日本仙台国立理工学院，日本东北大学介绍无线功率传输又引起了人们的兴趣,因为它可能应用于对笔记本电脑、手机、家用机器人、MP3播放器和其它没有连线便携式电子产品的充电。目前作者提出当无线功率传输系统等效为2个计算机端口的有损网络时就得到最优负载的最大传输效率。无线功率传输的最大传输效率对共振发射/接受元件和非共振发射/接受元件的进一步分析和比较并且调查传输的共振特征和接受元件如何影响无线功率传输系统的传输效率。无线功率传输系统图1中有三个无线功率传输系统被应用在这篇报

2、告中。类型A，一个边长30厘米正方形回路D作为发射元件和接受元件；类型B，和类型A同一个正方形回路D加载了一个210nF的电感被用来作为发射元件和接受元件。类型C，还是同一个正方形回路D和一个寄生螺旋线圈C被用来作为发射元件和接受元件；所有的发射和接受元件都是由半径为2毫米的铜线制造的。在图2中对三个无线功率传输的输入阻抗进行了比较。发现类型A系统在涉及的频率范围内并不会产生共振，而类型B是反共振，类型C是在19.2MHz频率下是共振的。在这篇报告中19.2MHz的频率被作为操作频率。无线功率传输系统的效率一般，在图3中一个无线功率传

3、输系统能等效为一个2端口的有损网路，这里传输端口被定义为端口1以及接受端口被定义为端口2。因而，端口1和端口2之间的传输效率表示为，（1）在分别是接收光功率负载和事件端口1。是由负载阻抗决定的反射系数，被定义为，（2）是散射参数，能通过MoM模拟或测量获得，是特征阻抗，其值设为50Ω。如果内部阻抗源在传输端口或端口1可以等效为，当负载满足下面的关系时就能获得最大的传输效率，（3）附图1，附图2当负载满足上面的关系时就是称为最大传输效率下的最佳负载。当负载满足公式（3）的关系时三个无线功率传输系统的传输效率分别显示在图4中，所有的参数都

4、是利用公式（1）由FEKO软件计算的。从图4中会发现，无论三个无线功率传输系统的发射/接受元件的共振情况怎么样，当它的发射元件和接受元件的距离d等于10厘米时，它们的最大传输效率就会超过90%。但是，当传输距离增加到30厘米时类型A和类型B的传输效率就分别降低大约25%，18%，然而当类型C的频率低于19.5MHz时，其效率仍然保持90%。因此，可以得出结论当接受元件和发射元件的距离非常近时，它们的共振现象不影响传输效率，但是当它们的距离较远时，它们的共振现象影响最大传输效率，只有当它们同时产生共振时才能获得高传输效率。附图3，附图4

5、输入端口的输入功率可分成三部分表示为（4）这里表示在发射和接受元件的传输路径、有限电导率和辐射因素影响下的最小功率。表示端口的输出功率，可表示为（5）因此，输出功率与输入功率之比可用表示。是.（6）之和与之比可用表示。附图5在图5中对三个无线功率传输系统的和进行了比较。发现当距离d等于10厘米和30厘米时，占输入功率的80%以上。在所有无线功率传输系统中当d等于10厘米时，它们的功率损失低于2%，而它们的传输效率将达到90%以上。然而，当d等于30厘米时，类型A和类型B的功率损失比例达到50%以上，使这些无线功率传输系统的传输效率显著

6、减少，而当频率低于19.5MHz时，由于较小，类型C的传输效率仍然高于90%。结论本文中对无线功率传输系统的最大传输效率在共振传输/接受元件和非共振传输/接受元件中的情形进行了分析和比较。当接受元件和发射元件距离很近时就会发现传输与接受元件的共振特征对最大传输效率的影响很小，但是当发射元件与接受元件的距离很远时就会对最大传输效率产生很大的影响。