基于磁共振人体植入式无线传能系统研究

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基于磁共振的无线传能技术是几年前由美国麻省理工大学提出的无线传能解决方案,通过几年间的研究表明,该无线传能方案比已存在的感应式无线传能方案在传能距离以及传能功效方面都具有明显优势。本文研究了磁共振无线传能技术的基本工作机制,并将此技术与植入式技术相结合设计一套可以为植入式设备进行充电的无线传能系统,解决长期困扰的植入式装置供能问题,发展植入式技术应用市场。本次研究首先对现存的无线传能方案进行比较,说明磁共振无线传能技术的优势。并将磁共振无线传能技术的发展历史以及现今研究进展进行简单.说明,随后结合植入式装置供能问题阐明设计基十磁共振的植入式无线传能系统的必要性。本文从理论研究出发,阐明此种传能技术的传能特性。利用麦克斯韦方程组对磁共振无线传能方案进行传能功效理论分析,得出基本表达式,通过近似等效给出此种方案可完成中·距离无线传能的理论基础并通过Matlab仿真验证分析的正确性。其次,在理论分析的基础上对电路模型以及传能天线进行选型优化。在电路模型选型中主要利用PSPICE电路仿真软件对四种基本电路进行模拟并绘制出传能功效曲线,结合应用要求最终确定所选用的电路;传能天线设计中首先确定可使传能功效达到最佳的天线参数比,并将PCB技术运用到植入式天线的设计中,通过HFSS仿真对天线参数优化使得其自身频率得到10赫兹的要求。再次,进行系统总体硬件分析,设计系统硬件实现电路。利用桥式整流电路、LCπ型滤波电路以及稳压电路等基础电路设计实现传能系统的功能模块;利用芯片MAX6398、LM2598以及ADP2291分别完成过压保护电路、稳压电路以及电池允电管理电路的设计。最后,本文通过实验对所设计的基十磁共振植入式无线传能系统进行验证,记录系统工作过程主要波形变化以及系统传能过程主要数据,分析实验结果证明所设计的基于磁共振无线传能系统具有实际应用价值。
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