提高无线充电效率的方法--相位梯度超表面 （PGMS）
当前在植入式的医疗设备应用中，传统电池需手术更换，存在风险和经济负担；磁共振耦合需收发线圈同轴对准，限制设备灵活性；MHz 频段波长较长，不利于小型化。然而，射频频段的无线充电技术可以缓解上述问题，其对天线对准不敏感，波长更短，适用于小型化；中场无线能量传输（低 GHz 频段）可提供稳定高效的能量传输。但是，与有线能量传输技术相比，该技术的传输效率仍然很低。
#相位梯度超表面（PGMS）设计 #植入式医疗设备的无线功率传输 参考资料
As shown below👇
*相位梯度超表面（PGMS）设计
广义斯涅尔定律：相位梯度引导电磁波偏转，公式为
引入几何相位-2σθ。
据此原理，有研究提出了如下的超表面单元结构设计：
双层金属 + PDMS 介质：
上层开槽环形结构诱导各向异性，下层金属增强磁谐振，提升极化转换效率至 80% 以上。
当超表面在不同介质的界面处工作时，各向异性成为确定几何相位所需补偿的关键因素。将形状共振电长度与工作波长相匹配变得至关重要。
有效折射率 neff 由超表面两侧介质的折射率决定。超表面位于空气和皮肤组织之间，因此neff 取决于空气nair和皮肤nskin的折射率。在圆环内嵌入方环的结构可以改善相邻单元之间的隔离度。该设计不仅有效地隔离了相邻单元之间的耦合效应，还延长了每个单元的有效电长度，从而减小了整体尺寸。
*植入式医疗设备的无线功率传输
植入式医疗设备的无线功率传输（WPT）是近年来生物医学工程与电磁领域的研究热点，其核心目标是通过非接触方式为体内设备（如心脏起搏器、神经刺 激器、胶囊内镜等）提供持续能量，避免传统电池更换带来的手术风险。
然而，其面临着诸多的技术挑战，如，
人体组织的复杂电磁环境多层介质损耗：人体组织（如皮肤、脂肪、肌肉）具有不同介电特性（介电常数、电导率），电磁波穿透时会因反射、散射和吸收导致能量衰减。例如，肌肉组织对 1.4 GHz 电磁波的吸收率显著高于脂肪层。
入射角度敏感性：传统天线辐射的球面波斜入射人体时，反射损耗随角度增大而增加。当电磁波垂直入射皮肤时，能量透射率最高、反射损耗最小。
设备集成与对准限制
磁共振耦合的局限性：传统 MHz 频段磁共振 WPT 依赖收发线圈严格同轴对准，植入设备移位会导致效率骤降。此外，长波长限制了线圈小型化，难以适配微型植入设备。
射频辐射的新挑战：GHz 频段射频 WPT 虽可缩小天线尺寸，但波长短导致方向性强，对人体曲面（如腹部、食道）的适应性差，易因曲面散射进一步降低效率。
安全性与生物相容性
电磁暴露风险：需严格控制比吸收率（SAR），确保人体组织温升在安全范围内（如 IEEE 规定 10g 平均 SAR≤2 W/kg）。
柔性与植入兼容性：传输元件需贴合人体曲面，避免刚性结构引发组织损伤或异物反应。
[1] G. Ren, M. Wang, H. Zheng, and E. Li, “Wireless Power Transmission Efficiency Improved by Conformal Phase Gradient Metasurface for Implanted Devices,” IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology, vol. 8, no. 4, pp. 325–331, Dec. 2024, doi: 10.1109/JERM.2024.3401582.
