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摘 要

自美国麻省理工学院的Soljačić 教授提出磁谐振耦合无线电能传输技术这一概念以来，该项技术吸引了越来越多人的关注。这一技术的理论基础是：假如两个振荡电路具备一样的谐振频率，那么在波长范围内，这两个恶振荡电路是通过近场瞬逝波来耦合的。谐振式无线电能传输技术的输出端和接收端没有直接的物理连接，能够应用于许多传统技术不适用的场合，具有十分重要的研究意义。本文在对无线电能传输（WPT）技术的整体介绍基础之上，着重论述了无线电能传输系统的工作原理以及研究现状。继而基于耦合模理论，对磁谐振耦合无线电能传输的模式转换进行了详细的理论分析。同时，对影响系统吸收损耗效率、辐射损耗效率和工作效率的诸多因素进行理论分析并且设计出合理的谐振器，利用Matlab软件进行仿真分析。最后，提出对未来的展望和下一步工作重点。

关键字：无线电能传输 磁耦合 谐振器 耦合模理论

Study on resonator in wireless energy transfer system

Abstract

Since Prof.Soljačić of Massachusetts institute of technology put forward wireless energy transfer system based on magnetic resonant coupling, this technology gets more and more attention. The theoretical basis of this technology is that if both of the resonance frequency of the oscillation circuit are the same, in the wavelength range they are instantaneous death through the near field wave coupling. Both transistor and receiver have no direct physical connection, so this technology can be used in some unique occasions where the traditional technologies are not available. This technology have very important research significance. Based on the general introduction, this article emphatically discusses the radio transmission system working principle and research status. Then based on the coupled-mode theory, we analysis the mode conversion of the wireless energy transmission. At the same time, we analysis the work efficiency of the system, the influence factors of absorption loss and radiation loss efficiency and we design a reasonable resonator. Finally, we put forward the vision of the future.

Key words: wireless energy transmission; Magnetic coupling. Resonator; Coupled mode theory

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景以及研究意义 1

1.2 无线电能传输技术的分类 1

1.2.1. 电磁波方案 2

1.2.2. 微波供电方案 2

1.2.3. 磁耦合方案 3

1.3 无线电能传输发展简史以及研究现状 3

1.3.1. 无线电能传输技术发展简史 3

1.3.2. 国外研究现状 4

1.3.3. 国内研究现状 5

1.4 无线电能传输技术的研究现状 6

1.4.1. 短程无线供电技术 6

1.4.2. 中程无线供电技术 7

1.4.3. 远程无线供电技术 7

1.5 论文的研究内容 8

第二章 谐振式无线电能传输系统的基本结构和工作原理 10

2.1 谐振式无线电能传输系统的基本结构 10

2.2 谐振式无线电能传输系统的工作原理 10

2.3 耦合模理论 11

2.4 两谐振器的耦合 12

2.4.1 无损耗系统两谐振器模式的耦合 12

2.4.2 有损耗系统两谐振器模式的耦合 14

2.5 本章小结 15

第三章 谐振式无线电能传输系统的效率分析 16

3.1 工作效率 16

3.2 辐射损耗效率和吸收损耗效率 19

3.3 本章小结 21

第四章 谐振器仿真研究 22

4.1. 仿真软件简介 22

4.2. 平面螺旋谐振器仿真分析 24

4.3. 本章小结 26

第五章 结论与展望 27

5.1 结论 27

5.2 下一步工作 27

参考文献 28

致 谢 30

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