近零介电常数媒质(Epsilon-Near-Zero Media)中的法诺(Fano)共振

1877 年，赫兹通过实验验证了电磁波的存在。高压施加到带有火花隙的发射（Tx） 偶极子天线上。然后，Tx 天线产生的电磁能传播到接收（Rx） 天线，Rx 天线在 Rx 天线的火花隙之间发射火花。可以说，这是有史以来第一次 WPT 实验。1884 年，坡印廷根据麦克斯韦关于电磁场能量守恒的方程推导出了坡印廷定理。坡印廷矢量表示传播电磁场的能量密度和方向。近场 WPT 中的能量流可由坡印廷矢量解释。目录 WPT的研究进展 近场磁场无线功率传输的几种方法 参考文献 WPTAs shown below👇WPT的研究进展近场磁系统在有损介电介质（如水、地下和生物组织）中具有明显的优势。在这样的环境中，由于介质中的高能量吸收，传统的远场电磁技术会经历显着的路径损耗。近场磁系统在电力和信息传输方面比传统的远场系统更有效，因为它们在有损介电介质中的能量吸收要少得多。在 1890 年代末至 1910 年间，特斯拉开发了一种高压高频发生器，以展示 WPT 的潜力。1926年，八木宇田天线问世。八木宇田天线现在被广泛用作定向天线，由馈电辐射器和非馈电导向器和反射器组成。导向器和反射器受到辐射器近场的激励，并充当阵列天线。可以说，从八木宇田天线中的辐射器到导向器和反射器的功率激励是一种近场 WPT。 1969年，Richard等人从电磁能的角度讨论了电路理论和场论之间的关系。1978年，提出了一种使用磁感应在机动车道上移动车辆的WPT系统。并于第二年，对该系统进行了实验测试。从那时起，人们一直在研究用于移动电动汽车的WPT系统。 自20世纪80年代以来，磁感应WPT系统已广泛应用于家用电器，如电动牙刷、剃须刀和无绳电话。2007年，麻省理工的一个小组提出了“自谐振WPT”的概念，一张通过实验室成员传递能量的实验照片在科学和工业界引起了轰动。在此之前由于漏磁通，谐振电容器被广泛用于功率因数补偿。从阻抗匹配的角度来看，MIT方案相当于常用的变压器耦合模型。然而，在“基于自谐振的WPT”中，通过使用自谐振天线而不是LC谐振器，实现了高质量因子（Q因子）。Q因子是一个无量纲参数，定义为一段时间内能量损失的储能。高Q因子可以大大提高系统的功率传输效率（PTE）。 最近，两个WPT组织提出了WPT标准。“无线电力联盟”（WPC）提出了一个“Qi”标准，其工作频率为100~205 kHz。Qi是最受欢迎的WPT标准，已被诺基亚、LG电子、HTC、索尼和宜家等多家公司采用。另一个标准组织“空中燃料联盟”成立，将“电力事务联盟”（PMA）和“无线电力联盟”（A4WP）结合起来。PMA标准工作在277~357kHz，这是一个类似于Qi的频率范围。A4WP在Witricity、英特尔、三星、高通、at&T和Duracell的支持下，将“Rezence”标准化为6.78 MHz。Qi和PMA使用电感耦合技术，而Rezence技术基于自谐振电感器。近场磁场无线功率传输的几种方法近场磁WPT方案有如下几种类型。 1、通过磁感应实现无线功率传输该方案中谐振电容器可用于补偿漏磁通引起的功率因数。然而，负载阻抗是由负载的功率需求决定的。因此，当传输距离增加时，传输效率根据磁耦合系数而降低。2、复共轭匹配的磁感应，为了使功率传输效率最大化，在Rx线圈和负载之间引入了阻抗匹配网络。由于线圈本质上是电感性的，因此可以通过插入电容器形成LC谐振电路来获得谐振，如下图所示。 3、基于自共振的WPT通过使用自谐振线圈实现高Q因子可以提高功率传输效率(PTE)。该技术通常使用四个线圈，即驱动器、初级、次级和负载线圈，其操作最初由耦合模理论解释。在基于自谐振的电力输送系统中，驱动器和负载侧的额外线圈提供了一种调谐输入和输出耦合的方法，从而分别调谐输入阻抗和输出阻抗。换句话说，额外的线圈起着阻抗匹配网络的作用。PTE可以大大提高，因为线圈和阻抗匹配网络的Q因子可以保持很高，以补偿源和负载线圈之间的小互耦。当使用额外的线圈进行阻抗匹配时，基于自谐振的功率传输可以被理解为电感耦合，因为每对线圈都通过磁场耦合。因此，基于自谐振的系统也可以使用电路理论中的自感和互感进行分析和优化。参考文献 [1] H. -J. Kim, H. Hirayama, S. Kim, K. J. Han, R. Zhang and J. -W. Choi, "Review of Near-Field Wireless Power and Communication for Biomedical Applications," in IEEE Access, vol. 5, pp. 21264-21285, 2017, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2757267. 来源：微波工程仿真