无线能量传输PPT课件

•有效接收面积
有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
Ae
PL m ax S av
接收天线在最佳状态下所接收的功率可以看成是被具有面积
为 有效接受面积 的口面所截获的垂直入射波功率密度的总
和
29
30
电磁波输电遇到的困难
• 电磁波的衰减 • 电磁波反射 • 接收天线的面积 • 电磁污染
为求方向性，我们可以将研究的天线与理想的，辐射功 率相等的点源做比较。
对点源来说，其没有方向性，即
Su
P
4 r 2
26
通过无穷小单位面的功率为
所以辐射功率为 dPE 2m Z 2a0x f2(,)r2sindd
P E 2 m 2Z ax0 r2
2 f2(,
00
)sindd
Z 0 为天线所在媒质的特性阻抗。
9
甚至，可能没有电 网这个概念，我们 不需要电线了。这 极大的鼓舞着人们 去进行研究无线传 输能量的具体方法。
10
11
电磁能量在空间的传播
电磁波的产生 在空间的传播性质 空间传播规律 电磁波所载能量
12
电磁波的产生
电流可以产生磁场，而变化的磁场同样可以 产生电场，这就形成的电磁场。
变化的电、磁场间存在耦合，以波的形式存 在于空间，这就是电磁波。电磁波虽然看不见， 摸不着，但是他无时无刻不存在于我们的周围， 凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。
f ( , ) 称为天线的方向性函数，表达了天线的方向性特性。
其不仅决定了场的大小也决定了场的相位。
24
• 天线的方向性函数D
天线的方向性系数D用来表示天线集中辐射能量的特性。
D S (1 , 1 )
Su
其物理意义为：天线的方向性使某方向的辐射功率密 度比之均匀辐射时的倍数。
25
• 对于天线方向性的求解
可得单元偶极子的辐射电阻：
R
2
3
(l )
R 表征了天线辐射电磁能量的能力，其值越大，辐射能力
越强。
23
• 天线的方向性函数
对于任何天线，在空间的电场公式均可写成
E A f(,)e j( , ) e jk r
f ( , ) 表示天线方向性的振幅特
性
( , ) 表示天线方向性的相位特性。
6
• 2007年美国麻省理 工学院的研究人员 在无线传输电力方 面取得了新进展， 他们用两米外的一 个电源，“隔地” 点亮了一盏60瓦的 灯泡 。
7
2008年在Intern 公司技术峰会上， 研究人员声称此项 技术可以运用到 笔记本电脑上， 借此摆脱了电线的 束缚！
8
如果这项技术得以应用，我们的生活将会 发生巨大的变化：我们不再需要电线、插 座，手机充电比打开蓝牙还要简单，只要 你处于一定得区域内，手机就一直可以被 充电；同样笔记本电脑也不用担心电池没 电了。
1、相速等于波速；2、场量的幅值与x、f无关。
15
能量流动问题与分析
电场能量储存在电场中，磁场能量储存在磁场中， 电磁场为电、磁场的耦合，既有电场能量又有磁场能量。
wwewm12DE12BH
16
能量流动问题与分析
坡印亭定理 坡印亭定理给出了电磁能流和电磁场量之间的一般关系， 反映了电磁能量符合自然界物质运动过程中能量守恒和转化定律。
S(E H )d S VE eJ d V VJ2 d V W t
电磁能流密度
S=E*H
它表示在单位时间内通过垂直于能量传播方向的单位面积的电磁 能量。
17
电磁能量的发射与接收
18
无限能量传输的中枢结构：
天线
天线是一种专门的电磁波辐射器。
19
天线的发射参数
• 天线的辐射功率
辐射功率：在远区单位时间内通过球面的 电磁能量的平均值。
31
电磁波的衰减
• 从接收面积考虑
• 我们可以看到能量以1/r^2
0
衰减.
32
接收天线的面积
• 接收天线的面积需要很大
33
电磁波的衰减
• 在介质中的衰减
E y(x) ,t2E e xco t sβ( x θ 1)
13
空间的传播
电磁波的传播过程就是能量传播的过程 高频时电磁波
假设自由空间为无缘空间 ，媒质是各向同性、线性和均匀。 可以得到电磁波动方程
2H H 2H 0
t
t2
2E E 2E 0
t
t2
环境在无限大的均匀理想介质中，电磁波电场强度和磁场强度
随时间做正弦变化
所以可得
在方向( 1 , 1 ) ，
Su2E Zm 0 2a xr42
2
0
f2(,)sindd
0
S(1,1)E2m Z2a0x f 2(1,1)
27
∴可得
D
2
4f 2(1,1) f2(,)sindd
00
所以在最大辐射方向上有
D
2
4 f2(,)sindd
00
28
• 天线的接收
接收：天线导体在空间电磁场的作用下产生感应电动势 ，并在导体表面激励起感应电流，在天线的输入端产生 电压并在接收机回路中产生电流。其过程是发射天线的 逆过程。
Energy Wireless Transfer
1
无线能量传输背景/论文整合 无线能量传输原理/ppt整合 无线能量传输原理 无线能量传输问题整合
无线能量传输前景
师威浩 刘兴业 任想 李超 彭涛
2
3
无线电力传输背景
• 电线充斥在我们的生 活当中，错综复杂的 连接方式 给我们带 来很大的不便。
4
长距离的输电线 路占用了大量的 空间，金属。能 否省去？？
5
早在了19世纪30年代迈克尔·法拉第就发现， 磁场变化后将在电线周围产生电流，这就为无线 传输电能提供了理论可能！
1913年，既是航海家又是网球选手的法 国人罗兰-加洛斯就提出能否从地面为空中飞 行器提供动力。
这是人们当时美好的遐想，试图摆脱电线 的思考。
在远区单位时间内通过球面的电磁能量的平均 值称为天线的辐射功率。在球面，单位面积上 通过的功率密度就是坡印亭矢量S，则
Sav
1 2 E H
20
∴经过面积dS的功率
1 dP 2E HdS
将 H E
代入得
P sdP r22 0 2d0 H 2sind
以单元偶极子天线为例，有 E rE H rH 0
H jI2lsirnej2r
E
0 jIlsinej2r 0 2r
21
所以，可得辐射功率：
P
I2 2
2
3
(l )
其中 I 为流经的电流， l 为单元偶
极子的长度
22
• 天线辐射电阻
将辐射功率视为一个电阻吸收的功率，并使流过电阻 的电流等于天线上的电流的有效值，则称这个电阻为天 线的辐射电阻。