本文關(guān)鍵詞：基于電磁超材料的無線電能傳輸效率增強研究

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【摘要】：電磁超材料(Electromagnetic Metamaterial,EMM)是指具有超常電磁特性的新奇人工復合材料,其特殊的人工結(jié)構(gòu)決定材料的物理性質(zhì),而非取決于所用材料的本征性質(zhì)。目前,超材料已經(jīng)成為電磁學研究領(lǐng)域的熱點問題。超材料對電磁波的負折射以及聚焦效應(yīng)使得超材料的制作不僅僅是為了研究其電磁特性,而更多的是希望將其應(yīng)用到生產(chǎn)生活實踐中。由于其特殊的電磁特性以及無線電能系統(tǒng)的傳輸原理,在計算機仿真軟件和電磁超材料設(shè)計理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計了用于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的具有極亞波長結(jié)構(gòu)的磁各向異性電磁超材料,并通過仿真軟件對其電磁特性進行仿真研究和實物模擬,從磁場云圖和實驗效果中可以清晰的看到超材料的運用使得無線電能系統(tǒng)的磁場顯著增強。從理論出發(fā)對磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)脑砗凸ぷ鞣绞阶隽嗽敿毜恼f明,并對電磁超材料的分類和特殊電磁特性做了數(shù)學模型的分析。設(shè)計了可使用于磁諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的螺旋線圈,其諧振頻率在15.46MHz。通過CST仿真軟件,研究發(fā)現(xiàn)兩螺旋線圈組合的傳輸系統(tǒng)中,螺旋線圈之間的極化作用使得組合的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)都會發(fā)生了變化。當兩線圈中間再加入第三個相同的中繼線圈時,由于交叉耦合作用,不僅諧振頻率發(fā)生變化,還會出現(xiàn)頻率分裂現(xiàn)象。通過Comsol數(shù)值仿真軟件,模擬了磁偶極子和電偶極子分別發(fā)出的磁場和電場在通過各向同性和各向異性電磁超材料后磁場和電場的變化規(guī)律和分布情況。數(shù)值仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)各向同性和各向異性電磁超材料在對電磁波的聚焦效果上有著明顯的區(qū)別。設(shè)計了一種基于FR4基板的雙面螺旋極亞波長結(jié)構(gòu)電磁超材料,其波長和結(jié)構(gòu)尺寸之比達到了737,具有極亞波長特性。通過CST仿真實驗,提取其在磁場垂直入射時的散射參數(shù),并使用Smith反推計算得到了其磁導率,研究表明其在13.56 MHz附近能夠?qū)崿F(xiàn)法線方向磁導率為-1的各向異性超材料。通過Maxwell仿真軟件對無線傳輸系統(tǒng)做實物仿真,以及制備實驗板用于無線電能傳輸系統(tǒng)中,分別得到磁場和傳輸效果對比圖說明該電磁超材料可以有效的提高磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的效率。
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM724

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本文編號：1178424