電磁能量和信息近場耦合理論及其同步傳輸技術(shù)研究.pdf

1、電磁能量和信息近場耦合系統(tǒng)以交變磁場為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)能量由發(fā)送端至接收端的無線供給和信息同步交互，傳輸過程安全、可靠，靈活度高。根據(jù)工作方式，可分為電磁感應(yīng)耦合和電磁共振耦合，而電磁共振耦合系統(tǒng)可看作收發(fā)端工作于共振狀態(tài)的一種特殊感應(yīng)耦合系統(tǒng)，其傳輸距離可達(dá)米級(jí)，可克服電磁感應(yīng)耦合僅適合短距離（毫米級(jí)）應(yīng)用缺陷。目前，金屬介質(zhì)對電磁感應(yīng)耦合傳輸性能的影響研究較少，未能建立介質(zhì)影響下的能量傳輸通道模型，也未能基于介質(zhì)特性進(jìn)行電磁感應(yīng)耦合效

2、率優(yōu)化設(shè)計(jì);電磁共振耦合技術(shù)是能量無線傳輸高新技術(shù)，理論和實(shí)驗(yàn)研究不夠全面，有必要開展電磁共振耦合能量無線傳輸機(jī)理及傳輸特性方面研究，探討信息同步加載及反向傳輸方法，為工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
　　 本文以電磁能量和信息近場耦合理論及其同步傳輸技術(shù)為研究內(nèi)容，以引信與武器系統(tǒng)信息交聯(lián)為應(yīng)用對象，開展基于電磁感應(yīng)和電磁共振耦合的能量和信息無線傳輸理論及傳輸方法研究。主要內(nèi)容包括介質(zhì)對電磁感應(yīng)耦合系統(tǒng)傳輸特性的影響及基于介質(zhì)特性的效率

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)，電磁共振耦合能量無線傳輸機(jī)理和傳輸特性及能量傳輸通道中信息同步加載與反饋原理和方法。
　　 針對感應(yīng)耦合中，處于耦合磁場中的金屬介質(zhì)表面產(chǎn)生電渦流，對能量和信息傳輸特性產(chǎn)生影響的問題，提出采用分離式變壓器互感模型耦合渦流回路，描述系統(tǒng)傳輸特性的方法。分析了復(fù)合介質(zhì)及單一介質(zhì)對系統(tǒng)傳輸特性的影響，根據(jù)介質(zhì)特性，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用ANSYS電磁仿真軟件，分析了各傳輸條件下的磁場分布情況。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過在復(fù)合介質(zhì)耦合

4、結(jié)構(gòu)中的初級(jí)線圈外圍包裹坡莫合金薄層，可將外圍磁路束縛在該薄層內(nèi)，有效減小系統(tǒng)渦流損耗50％左右;單一介質(zhì)耦合中，纏繞在鈦合金管上的初級(jí)線圈在5KHz至10KHz激勵(lì)頻率附近工作時(shí)，次級(jí)可獲得最佳感應(yīng)電壓。
　　 對于電磁共振耦合系統(tǒng)的研究，基于互感理論，充分考慮傳輸系統(tǒng)各回路耦合作用，建立系統(tǒng)電路模型，詳細(xì)推導(dǎo)回路工作電流及系統(tǒng)傳輸功率、效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并在“單發(fā)單收”模型研究基礎(chǔ)上，建立了“單發(fā)雙收”系統(tǒng)耦合模型。

5、　　 基于所建立的電磁共振耦合能量無線傳輸系統(tǒng)電路模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)手段研究了回路傳輸參數(shù)對傳輸性能的影響規(guī)律。指出，電磁共振耦合系統(tǒng)能量的高效率、高質(zhì)量傳輸并不依賴于大的線圈回路耦合系數(shù);最大功率與最大效率傳輸工作頻率點(diǎn)往往不重合;當(dāng)收發(fā)端距離較近時(shí)，功率和效率頻響曲線會(huì)存在分叉現(xiàn)象，并隨著收發(fā)端距離的增大，功率頻響曲線兩個(gè)峰值逐漸匯聚成一個(gè)，共振頻率分叉現(xiàn)象消失，而傳輸效率頻響曲線僅在負(fù)載相對于其余回路阻值較大時(shí)才出現(xiàn)匯聚現(xiàn)象;探討了

6、降低負(fù)載功率頻響曲線尖銳程度方法，指出，通過減小驅(qū)動(dòng)（拾?。┚€圈與發(fā)送（接收）線圈間距離及提高系統(tǒng)共振頻率的方法，可以在對傳輸功率及效率數(shù)值影響較小的條件下，實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率頻響曲線的鈍化。
　　 首次提出基于電磁共振耦合的能量和信息無線同步傳輸概念，根據(jù)電磁共振耦合能量無線傳輸特性，設(shè)計(jì)了基于幅度調(diào)制和頻率調(diào)制的兩種信息同步加載方案，并采用負(fù)載調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的反向傳輸。根據(jù)文中理論及技術(shù)方案設(shè)計(jì)的電磁共振耦合能量和信息無線傳輸系