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《北京交通大學》 2019年
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基于柔性立體諧振子的植入式磁共振無線能量傳輸系統

徐冬冬  
【摘要】:随着生物医疗和微电子技术的飞速进展,植入式医疗逐渐成为辅助治疗和健康监测的重要手段。植入式医疗器件能够有效地猎取人体的各项生理信号和进行植入式定点治疗,从而有助于制定更加合理高效的治疗康复方案。然而这些植入式医疗器件的供电一直是限制其进展的重要因素,传统的电池供电有诸多毛病如体积庞大、需要定期更换、生物兼容性差和安全性等问题。无线能量传输能够有效地解决上述问题。相比于电感耦合型,基于磁谐振的无线能量传输系统,具有更高的传输效率以及抗干扰能力。针对植入式医疗器件的无线供电,本文设计并实现了一种基于柔性立体双线圈的磁共振无线能量传输系统。首先建立了基于双线圈的磁耦合谐振电路模型,分析得到了提高谐振线圈的电感值和品质因数能够有效地改善能量传输系统的传输效率和性能。利用高频电磁仿真软件HFSS建立线圈参数化模型,分别对线圈的匝数、半径、导线间距以及线宽进行仿真优化,分析了这些结构参数对线圈电感值和品质因数的影响,而且得到了最优化的线圈结构参数。为了保证输入信号的最大功率传输,设计了前级耦合谐振模型的阻抗匹配,并在HFSS中建立和仿真阻抗匹配之后的谐振电路以及耦合谐振模型,在谐振频率点13.56MHz处,S11到达-30dB,实现了良好的阻抗匹配。分别设计了接收端的信号处置模块,在Multisim中对整流、滤波、稳压模块进行设计并仿真。在此基础上搭建上述模块的实际电路,并测试验证其功能。最终,利用两个半径为10mm的柔性立体线圈搭建了前级耦合谐振回路,接收端的全波整流和低通滤波以及稳压模块提供稳定电压输出,搭建并测试无线能量传输系统。测试结果表明:当传输距离为2mm,负载为1OOOΩΩ,输入信号频率为13.56MHz,输入功率为200mW时,输出负载端电压为8.35 V,输出功率为70mW,系统的最大传输效率为35%。
【學位授予單位】:北京交通大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2019
【分類號】:TH789;O482.531

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