无线传输模型

研究频率与穿透、衰减等方面特性

对于自由空间传播传输损耗的计算：

Los(dB)=32.44 +20lgD(km) +20lgF(MHz)

式中Los为传输损耗，D为传输距离，F为频率。

由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率F和传播距离D有关，当F或D增大一倍时，﹝Los﹞将分别增加6dB。

所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。这是理想状况下的传输，实际的环境是多铝粉介质，并不是理想的自由空间，无线通信要受到各种外界因素的影响，如反射、折射等造成的损耗，那么实际的环境里，其传输损耗更大。

研究铝粉中传输合适的频率

自由空间损耗为了简化链路计算而定义的一个参数，根据链路计算公式：

Pr=Pt+Gt-Los+Gr

式中Pt是发射功率，Gt是发射天线增益，Los是自由空间损耗，Gr是接收天线增益。根据前面的自由空间损耗计算公式，可以计算出自由空间中的频率。在实际的多铝粉介质中，需要加上外界环境的影响，从而可以确定其合适的频率。

由于实际情况不同，无线数据传输的方法也不同，目前常用的有电感耦合方式（距离）和电磁场耦合方式（远距离1M以上）。

电感耦合式应答器由一个电子数据做载体，通常由单个微型芯片一级用作天线的大面积线圈组成。电感耦合应答器几乎是无源工作的，这意味着：微型芯片工作所需的全部能量必须由阅读器供应。高频的强磁场由阅读器的天线线圈产生，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为使用频率范围的波长比阅读器天线和应答器之间的距离大好多倍，可以把应答器到阅读器之间的电磁场当做交变磁场来对待。

发射磁场的一小部分磁力线穿过距离阅读器天线线圈一定距离的应答器天线线圈。通过感应，在应答器天线线圈上产生一个电压。应答器的天线线圈和电容器并联构成振荡回路，谐振到阅读器的发射频率。通过该回路的谐振，应答器的线圈上的电压达到最大值。应答器线圈上的电压是一个交流信号，因此需要一个整流电路将其转化为直流电压，作为电源供给芯片内部使用。

通过两线圈之间的电磁耦合实现电能的无电连接方式的传输。电磁耦合器是电感耦合系统的核心部件，其性能决定着整个系统的传输能力。电磁耦合器的初级侧和次级侧的磁芯线圈对接后存在相对较大的间隙。这会导致两线圈的耦合系数较低，且漏电感大，励磁电感低，传输能力受到限制，自身功率损耗大。电磁耦合器的结构由磁芯和线圈组成，其中，初级线圈将电源转换器提供的电能转换为磁场能，通过电磁耦合，使次级线圈中产生感应电压和电流，从而使磁场能再转化为电能提供给负载。磁芯起强化的作用，其高的磁导率能够使初级线圈激励出的磁场强度大部分集中在两磁芯形成的此路内，线圈之间可以获得更高的耦合系数，且增加磁感应强度，使电路系统中获得更高的电感值。电磁耦合器的电感是决定电感耦合系统传输能力的主要因素，尤其是励磁电感、漏电感、互感，这些参数与电磁耦合器的几何结构以及磁芯的特性有关。电磁耦合器的磁芯线圈结构以及磁芯材料确定以后，这些参数则主要受两磁芯的相对位置影响。对于具有轴对称结构的罐型磁芯，磁芯间隙是影响耦合器性能的主要因素。为了提高系统传输能力，需要对线圈进行补偿。对于高频电源，电磁耦合器是电感性负载，因此通过在电路中增加补偿电容，以提高其功率因数是增强传输能力的有

效措施。电磁耦合方式的工作频率不会太高，一般不会超过几十MHz，即工作再低频或高频范围之内，传输距离也较近，但是由于其效率较高，目前大多数的无线电能传输系统都基于该原理，尤其在传输功率较大时。

辐射式无线能量传输技术是依靠先进的定向天线收发微波束能量，在接收端依靠高性能接收和整流技术，实现较远距离的无线电能传输。这种技术目前在距离很远，例如高空能量输送平台中可以得到很好的应用。特别是在现代空间太阳能发电的构想——太阳能发电卫星中，此技术被用作将太空中太阳能用微波辐射发送回地球，再由接收天线接收转换并二次辐射给其他基站，永久的为人类提供能源。

对于辐射式能量传输技术的天线研究方面，发展列天线是比较好的选择。列阵天线是一个由大量相同辐射单元组成的孔径，每个单元自相位和幅度上是独立控制的。能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。在微波源方面，必须满足两个条件：一是要提高产生微波的功率。这需要研究更高功率的真空微波放大器，并寻求高效的固态微波放大器，还可以通过功率合成的方式达到高功率的要求；二是要提高微波源的效率。研究高效率微波源是无线能量传输技术在电力系统应用的瓶颈。

磁场共振技术

当两个物体在同一频率实现共振时，将实现能量的无线传输。共振感应耦合技术是一种全新的无线供电技术——非辐射电磁能谐振隧道效应，称作“Mitricity”无线供电技术，关键在于利用了非辐射性磁耦合——两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合。采用单层线圈，两端各放置一个平板电容器。共同组成谐振回路，减少能量浪费。基于普通电磁感应耦合的非接触电力传输，则是利用数百圈紧密缠绕的线圈，但只能在数毫米的范围才得到60%以上的传输效率。而该系统只是缠绕了5圈粗铜线作为天线的线圈，在进行2m传输时效率约为40%，距离为1m时效率竟高达约90%。共振技术也是一种非常高效率的能量传输方式，两个振动频率相同的物体可以高效的传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。共振技术的传输功率可达到几千瓦，实用于大功率应用，传输距离为3-4米，传输频率需要几到几十赫兹，因此需要对所需频率进行保护。

电感耦合传输距离较近，但是其效率较高，电磁辐射一般用于实现较远距离的无线电能传输，磁场共振一般实用于大功率应用，传输距离为3-4米且需频率进行保护，比较以上几种方法，电感耦合是最合适在多铝粉介质中进行无线传输的方式。