一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构。

背景技术

随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和电子消费产品、移动通讯设备等都广泛普及。在传统的家用电器上普遍都依赖于电源线和电源插座之间通过有线的连接方式进行器件供电，采取内置电池的电子设备普遍也是通过充电线和电源插座之间进行有线的连接，所以在日常生活中电线占据了我们大量的活动空间，随之而来的就限制了设备使用的便捷性。但是近几年无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点，无线充电技术迅速发展，人们逐渐适应这种新型的充电方式，并且对无线充电的方式需求不断增长。目前该技术已逐渐被应用于人们日常生活中低功耗的电子产品中，代替了电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便捷。例如各种智能手表、智能手环、电动牙刷、智能手机等。近几年随着5G时代的来临，我们进入了物联网的时代，各种智能穿戴设备、智能家居等领域的应用必将颠覆传统家电、通讯设备的使用模式。以智能家居为例，我们可以利用中远距离的无线能量传输技术，隐藏布线技术以及自动控制技术完全移除掉家居里所有的电源线，全部通过无线充电技术持续给电器供电，可以构建出高效、环保、节能的居住环境。对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。

伴随着无线能量传输技术的发展及应用场景的延伸，就目前而言各种智能设备、生物医学领域及物联网的发展，接收天线的尺寸越做越小，比如待充设备是一个比较小的智能手环、蓝牙耳机或者一个GPS的定位项圈等等，而发射端是一个比较大的充电板，用户现在想要做到随放随充，不考虑被充设备所放置的位置，还要求能有一个稳定的传输效率，这就会出现我们常说的水平自由度的问题；甚至可以同时对多个设备充电，这样就对磁共振无线充电系统中的收发天线的设计提出了比较高的要求。传统的单线圈结构，就是只有一个多匝的四方环形线圈，很难满足接收天线放置在发射天线范围内不同位置时，能有一个稳定的传输效率，只有接收天线正对发射天线中心平行放置时，其传输效率才高，但是向边缘移动的时候传输效率下降的非常明显，尤其是在发射天线的边缘区域非常的低。此外通过在多匝的四方环形线圈里面加入一个反向绕线结构，能够改善收发天线的水平自由度的问题，大多数的位置能满足日常的充电需求，但是当接收天线移动到发射天线的反向绕线区域时，传输效率下降明显，也可以说其传输效率没有，无法满足现在对无线充电的需求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构解决了现有技术中存在的问题，给便携设备、通讯产品和电子消费产品提供了一个稳定、高效的无线充电或无线电能供给方案，解决了在收发端的尺寸差异很大时，接收天线在发射天线范围内的不同位置有一个稳定均衡的传输效率，收发线圈之间有均衡分布的磁谐振耦合强度，传输效率都保持在75％-80范围内，还能够对多个设备同时进行供电。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构，包括用于无线电能发射的发射天线和用于无线电能接收的接收天线；

所述发射天线为平板型印刷电路板，其包括四层印刷电路以及设置在两两印刷电路之间的三层介质板；所述发射天线上设置有最外侧平面型多匝线圈以及多个位于其内部的内侧平面型多匝线圈，所述最外侧平面型多匝线圈与多个内侧平面型多匝线圈串联构成一个闭合的线圈结构，所述内侧平面型多匝线圈串联设置于最外侧平面型多匝线圈内且呈一维或二维分布在四层印刷电路上，内侧平面型多匝线圈之间可重叠或不重叠，重叠时通过分布在不同层印刷电路上以实现两两内侧平面型多匝线圈之间相互独立，所述内侧平面型多匝线圈和最外侧平面型多匝线圈均为带缺口的线圈；所述三层介质板上均设置有若干位置对应的通孔，所述多个内侧平面型多匝线圈之间通过微带线以及通孔以实现不同层印刷电路的贯通；

所述接收天线为平板型印刷电路板，其包括正面和背面的印刷电路以及设置在正背面印刷电路之间的介质板，所述接收天线的正面印刷电路为接收谐振线圈，所述接收天线的背面印刷电路为寄生耦合线圈，所述接收谐振线圈与寄生耦合线圈通过微带线以及通孔实现贯通。

优选的，所述发射天线中至少存在两个内侧平面型多匝线圈内部设置有至少一匝的反向绕线，所述反向绕线上的电流方向与其内侧的平面型多匝线圈以及其对应的内侧平面型多匝线圈的电流方向相反，所述发射天线中的线圈、接收天线的接收谐振线圈和寄生耦合线圈可为多匝的圆形、矩形或菱形线圈，所述发射天线和接收天线的各个线圈的棱角处为光滑圆弧结构。

本发明的有益效果是：基于磁谐振耦合无线能量传输方案，采用了平面印刷电路板来加工收发天线的线圈结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本。此结构引入的串联阵列式的线圈和在小谐振线圈里面加入了反向绕线的线圈，能减小过耦合区的形成，使其传输效率整体浮动控制在很5％的范围内。由所述形态发射天线和接收天线组成的无线能量传输系统可实现发射和接收尺寸差距过大时，两者传输距离为4mm-10mm，发射天线上大部分的传输效率都为78％左右，随着接收天线横向引动，接收天线与发射天线之间的传输效率下降不明显。线圈结构的棱角都经过了平滑处理，降低了线圈的损耗电阻，提升了线圈的品质因子，提升了系统的无线能量传输效率。

优选的，所述发射天线的四层印刷电路包括第一环形线圈、设置在第一层和第二层印刷电路中的第二环形线圈、第四环形线圈和第六环形线圈以及设置在第三层和第四层印刷电路中的第三环形线圈和第五环形线圈；所述第二环形线圈、第三环形线圈、第四环形线圈、第五环形线圈和第六环形线圈尺寸相同且依次相邻地设置在第一环形线圈中，所述相邻的两个环形线圈之间存在交叉重叠，所述环形线圈之间均通过微带线以及通孔实现贯通。

优选的，所述发射天线中第一层印刷电路包括印刷在其外侧的第一环形线圈；所述第二环形线圈、第四环形线圈和第六环形线圈依次相邻的设置在第一层印刷电路或第二层印刷电路上；

所述第二环形线圈、第四环形线圈和第六环形线圈均为带缺口的环形线圈，所述第二环形线圈和第六环形线圈内部均设置有一匝反向绕线的环形线圈；所述第一环形线圈的最外侧的一匝线圈上设置有第一电磁能量输入端口以及分布在第一电磁能量输入端口两端的第四连接点，所述第一环形线圈上分别设置有第一连接点、第三连接点、第六连接点、第八连接点、第十连接点和第十一连接点以用于串联第一环形线圈、第二环形线圈、第四环形线圈和第六环形线圈；所述第一层印刷电路还包括第二连接点、第二连接点之间的微带线、第五连接点和第五连接点之间的微带线；所述第二环形线圈、第四环形线圈和第六环形线圈上分别设置有第七连接点、第九连接点和第十二连接点。

优选的，所述发射天线中第二层印刷电路上设置有与第一层印刷电路中第一至第十二连接点位置一一对应的第十三连接点、第十四连接点、第十五连接点、第十六连接点、第十七连接点、第十八连接点、第十九连接点、第二十连接点、第二十一连接点、第二十二连接点、第二十三连接点和第二十四连接点；两两对应的所述连接点之间均设置有通孔。

优选的，所述第三环形线圈和第五环形线圈为相邻线圈；所述第三环形线圈和第五环形线圈镜像对称且自由设置在发射天线的第三层印刷电路和第四层印刷电路中；所述第三环形线圈上设置有与第十四连接点和第二十连接点的位置一一对应的第二十六连接点和第三十二连接点，所述第五环形线圈上设置有与第十七连接点和第二十三连接点的位置一一对应的第二十九连接点和第三十五连接点；

所述发射天线中第三层印刷电路上还设置有与第十三连接点、第十五连接点、第十六连接点、第十八连接点、第十九连接点、第二十一连接点、第二十二连接点和第二十四连接点的位置一一对应的第二十五连接点、第二十七连接点、第二十八连接点、第三十连接点、第三十一连接点、第三十三连接点、第三四十连接点和第三十六连接点；

所述第二十五连接点之间设置有微带线，所述第二十七连接点之间设置有微带线，所述第三十连接点之间设置有微带线，两两对应的所述连接点之间均设置有通孔。

优选的，所述发射天线中第四层印刷电路上设置有与第二十五连接点、第二十六连接点、第二十七连接点、第二十八连接点、第二十九连接点、第三十连接点、第三十一连接点、第三十二连接点、第三十三连接点、第三四十连接点、第三十五连接点和第三十六连接点的位置一一对应的第三十七连接点、第三十八连接点、第三十九连接点、第四十连接点、第四十一连接点、第四十二连接点、第四十三连接点、第四十四连接点、第四十五连接点、第四十六连接点、第四十七连接点和第四十八连接点，两两对应的所述连接点之间均设置有通孔；

所述位置对应的连接点之间通过微带线连接。

采用上述优选方案的有益效果为：发射天线采取一个大矩形线圈中串联五个小矩形线圈的结构，额外在第二环形线圈和第六微带线内部加入一匝反向绕线的结构，同时发射天线中有五个小矩形线圈阵列式横向排列设计，线圈之间两两相互部分重叠，通过相邻两谐振线圈分布在不同的介质层上来实现线圈整体之间的贯通，使收发天线之间的耦合系数分布很均衡，水平自由度较高，能够在低距离和接收天线严重小于发射天线的情况下，使得接收天线在发射天线区域内横向移动、竖向移动的不同位置传输效率均衡，也能满足多个电子设备同时进行无线充电和供电要求。

优选的，所述接收天线正面的接收谐振线圈上设置有第四十九连接点，所述接收天线背面的寄生耦合线圈上设置有第五十连接点；所述第四十九连接点和第五十连接点之间设置有通孔并通过微带线连接；

所述接收谐振线圈和寄生耦合线圈均为带缺口的四方螺旋环形线圈。

采用上述优选方案的有益效果为：接收天线正背面线圈采用均采用四方螺线环形设计，背面的寄生谐振线圈增加了收发磁谐振线圈之间的耦合强度，在有效的距离内可以提高系统的传输效率和传输距离。

优选的，所述发射天线的几何参数和电气参数具体为：

所述第一环形线圈的长度L_TX为180mm-240mm；

所述第一环形线圈的宽度H_TX为110mm-150mm；

所述第一环形线圈中微带线的宽度W_Res1_TX为1mm-6mm；

所述第一环形线圈中相邻微带线的间隙S_Res1_TX为2mm-5mm；

所述第二环形线圈的长度L_Res1_TX为35mm-45mm；

所述第二环形线圈的宽度H_Res1_TX为90mm-120mm；

所述第二环形线圈中微带线宽度W_Res1_TX为1mm-6mm；

所述第二环形线圈中相邻微带线的间隙S_Res1_1_TX为4mm-10mm；

所述第二环形线圈的反向绕线长度L_Res1_1_TX为8mm-16mm；

所述第二环形线圈的反向绕线宽度H_Res1_1_TX为70mm-80mm；

所述第二环形线圈的反向绕线宽度W_Res1_1_TX为1mm-4mm；

所述第二环形线圈中反向绕线相邻微带线的间隙S_Res1_2_TX为0.5mm-2mm；

所述第二环形线圈中反向绕线相邻微带线的间隙S_Res1_3_TX为1mm-3mm

所述第二环形线圈和第六环形线圈尺寸完全相同且成镜像分布；

所述第三环形线圈的长度L_Res3_TX为35mm-45mm；

所述第三环形线圈的宽度H_Res3_TX为90mm-120mm；

所述第三环形线圈中微带线宽度W_Res3_TX为1mm-6mm；

所述第三环形线圈中相邻微带线的间隙S_Res3_TX为4mm-10mm；

所述第二环形线圈和第四环形线圈的间隔W1为20mm-28mm

所述发射天线的可调电容值为10Pf-70Pf。

采用上述优选方案的有益效果为：通过对发射天线中各个几何参数和电气参数的优化设置，在发射天线与接收天线尺寸差距很大的情况下，采取发射天线串联谐振阵列加反向绕线式的设计，并且加上各个矩阵都加上寄生谐振线圈用以提高线圈之间的耦合强度以及发射天线本身的品质因子，以适用于目前电子消费产品、通讯设备和LED照明设备的接收天线日益小型化的情况。

优选的，所述接收天线的几何参数和电气参数具体为：

所述接收谐振线圈的长度L_RX为26mm-38mm；

所述接收谐振线圈的宽度H_RX为34mm-46mm；

所述接收谐振线圈中微带线宽度W_Res_RX为0.5mm-2mm；

所述接收谐振线圈中微带线之间的距离S_Res_RX为0.3mm-1mm；

所述寄生耦合线圈的长度L_RX为26mm-38mm；

所述寄生耦合线圈的宽度H_RX为34mm-46mm；

所述寄生耦合线圈中微带线宽度W_Res_RX为0.5mm-2mm；

所述寄生耦合线圈中微带线之间的距离S_Res_RX为0.3mm-1mm；

所述接收谐振线圈的电容值为100PF-240PF。

采用上述优选方案的有益效果为：通过对接收天线中各个几何参数和电气参数的优化设置，在保证接收天线的小型化的同时，提高收发磁谐振线圈之间的耦合强度以及接收谐振线圈本身的品质因子，以适用于电子消费产品、通讯设备和LED照明设备的无线充电能量信号的接收。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构的透视图；

图2为本发明中发射天线的第一层印刷电路图；

图3为本发明中发射天线的第二层印刷电路图；

图4为本发明中发射天线的第三层印刷电路图；

图5为本发明中发射天线的第四层印刷电路图；

图6为本发明中接收天线的正面印刷电路图；

图7为本发明中接收天线的背面印刷电路图；

图8为本发明提供的接收天线块在发射天线区域内横向不同位置的透视图；

其中：001-第一环形线圈、002-第一电磁能量输入口、003-第二环形线圈、004-第三环形线圈、005-第四环形线圈、006-第五环形线圈、007-第六环形线圈、101-第一连接点、102-第二连接点、103-第三连接点、104-第四连接点、105-第五连接点、106-第六连接点、107-第七连接点、108-第八连接点、109-第九连接点、1010-第十连接点、1011-第十一连接点、1012-第十二连接点；

201-第十三连接点、202-第十四连接点、203-第十五连接点、204-第十六连接点、205-第十七连接点、206-第十八连接点、207-第十九连接点、208-第二十连接点、209-第二十一连接点、2010-第二十二连接点、2011-第二十三连接点、2012-第二十四连接点；

301-第二十五连接点、302-第二十六连接点、303-第二十七连接点、304-第二十八连接点、305-第二十九连接点、306-第三十连接点、307-第三十一连接点、308-第三十二连接点、309-第三十三连接点、3010-第三十四连接点、3011-第三十五连接点、3012-第三十六连接点；

401-第三十七连接点、402-第三十八连接点、403-第三十九连接点、404-第四十连接点、405-第四十一连接点、406-第四十二连接点、407-第四十三连接点、408-第四十四连接点、409-第四十五连接点、4010-第四十六连接点、4011-第四十七连接点、4012-第四十八连接点；

501-接收谐振线圈、502-第四十九连接点；

601-寄生耦合线圈、602-第五十连接点。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种用于磁共振耦合无线电能传输系统的收发天线结构，包括用于无线电能发射的发射天线和用于无线电能接收的接收天线；

所述发射天线为平板型印刷电路板，其包括四层印刷电路以及设置在两两印刷电路之间的三层介质板；所述发射天线上设置有最外侧平面型多匝线圈以及多个位于其内部的内侧平面型多匝线圈，所述最外侧平面型多匝线圈与多个内侧平面型多匝线圈串联构成一个闭合的线圈结构，所述内侧平面型多匝线圈串联设置于最外侧平面型多匝线圈内且呈一维或二维分布在四层印刷电路上，内侧平面型多匝线圈之间可重叠或不重叠，重叠时通过分布在不同层印刷电路上以实现两两内侧平面型多匝线圈之间相互独立，所述内侧平面型多匝线圈和最外侧平面型多匝线圈均为带缺口的线圈；所述三层介质板上均设置有若干位置对应的通孔，所述多个内侧平面型多匝线圈之间通过微带线以及通孔以实现不同层印刷电路的贯通；

所述接收天线为平板型印刷电路板，其包括正面和背面的印刷电路以及设置在正背面印刷电路之间的介质板，所述接收天线的正面印刷电路为接收谐振线圈，所述接收天线的背面印刷电路为寄生耦合线圈，所述接收谐振线圈与寄生耦合线圈通过微带线以及通孔实现贯通。

发射天线中至少存在两个内侧平面型多匝线圈内部设置有至少一匝的反向绕线，所述反向绕线上的电流方向与其内侧的平面型多匝线圈以及其对应的内侧平面型多匝线圈的电流方向相反，所述发射天线中的线圈、接收天线的接收谐振线圈和寄生耦合线圈可为多匝的圆形、矩形或菱形线圈，所述发射天线和接收天线的各个线圈的棱角处为光滑圆弧结构。

线圈结构的棱角都经过了平滑处理，降低了线圈的损耗电阻，提升了线圈的品质因子，提升了系统的无线能量传输效率。

本发明的有益效果是：基于磁谐振耦合无线能量传输方案，采用了平面印刷电路板来加工收发天线的线圈结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本。此结构引入的串联阵列式的线圈和在小谐振线圈里面加入了反向绕线的线圈，能减小过耦合区的形成，使其传输效率整体浮动控制在很5％的范围内。由所述形态发射天线和接收天线组成的无线能量传输系统可实现发射和接收尺寸差距过大时，两者传输距离为4mm-10mm，发射天线上大部分的传输效率都为78％左右，随着接收天线横向引动，接收天线与发射天线之间的传输效率下降不明显。

发射天线的四层印刷电路包括第一环形线圈001、设置在第一层和第二层印刷电路中的第二环形线圈003、第四环形线圈005和第六环形线圈007以及设置在第三层和第四层印刷电路中的第三环形线圈004和第五环形线圈006；所述第二环形线圈003、第三环形线圈004、第四环形线圈005、第五环形线圈006和第六环形线圈007尺寸相同且依次相邻地设置在第一环形线圈001中，所述相邻的两个环形线圈之间存在交叉重叠，所述环形线圈之间均通过微带线以及通孔实现贯通。

如图2所示，发射天线中第一层印刷电路包括印刷在其外侧的第一环形线圈001；第二环形线圈003、第四环形线圈005和第六环形线圈007依次相邻的设置在第一层印刷电路或第二层印刷电路上；

第二环形线圈003、第四环形线圈005和第六环形线圈007均为带缺口的环形线圈，第二环形线圈003和第六环形线圈007内部均设置有一匝反向绕线的环形线圈；第一环形线圈001的最外侧的一匝线圈上设置有第一电磁能量输入端口002以及分布在第一电磁能量输入端口002两端的第四连接点104，第一环形线圈001上分别设置有第一连接点101、第三连接点103、第六连接点106、第八连接点108、第十连接点1010和第十一连接点1011以用于串联第一环形线圈001、第二环形线圈003、第四环形线圈005和第六环形线圈007；第一层印刷电路还包括第二连接点102、第二连接点102之间的微带线、第五连接点105和第五连接点105之间的微带线；第二环形线圈003、第四环形线圈005和第六环形线圈007上分别设置有第七连接点107、第九连接点109和第十二连接点1012。

如图3所示，发射天线中第二层印刷电路上设置有与第一层印刷电路中第一至第十二连接点位置一一对应的第十三连接点201、第十四连接点202、第十五连接点203、第十六连接点204、第十七连接点205、第十八连接点206、第十九连接点207、第二十连接点208、第二十一连接点209、第二十二连接点2010、第二十三连接点2011和第二十四连接点2012；两两对应的连接点之间均设置有通孔。

第三环形线圈004和第五环形线圈006为相邻线圈；第三环形线圈004和第五环形线圈006镜像对称且自由设置在发射天线的第三层印刷电路和第四层印刷电路中；第三环形线圈004上设置有与第十四连接点202和第二十连接点208的位置一一对应的第二十六连接点302和第三十二连接点308，第五环形线圈006上设置有与第十七连接点205和第二十三连接点2011的位置一一对应的第二十九连接点305和第三十五连接点3011；

如图4所示，发射天线中第三层印刷电路上还设置有与第十三连接点201、第十五连接点203、第十六连接点204、第十八连接点206、第十九连接点207、第二十一连接点209、第二十二连接点2010和第二十四连接点2012的位置一一对应的第二十五连接点301、第二十七连接点303、第二十八连接点304、第三十连接点306、第三十一连接点307、第三十三连接点309、第三四十连接点3010和第三十六连接点3012；

第二十五连接点301之间设置有微带线，第二十七连接点303之间设置有微带线，第三十连接点306之间设置有微带线，两两对应的连接点之间均设置有通孔。

如图5所示，发射天线中第四层印刷电路上设置有与第二十五连接点301、第二十六连接点302、第二十七连接点303、第二十八连接点304、第二十九连接点305、第三十连接点306、第三十一连接点307、第三十二连接点308、第三十三连接点309、第三四十连接点3010、第三十五连接点3011和第三十六连接点3012的位置一一对应的第三十七连接点401、第三十八连接点402、第三十九连接点403、第四十连接点404、第四十一连接点405、第四十二连接点406、第四十三连接点407、第四十四连接点408、第四十五连接点409、第四十六连接点4010、第四十七连接点4011和第四十八连接点4012，两两对应的连接点之间均设置有通孔；

位置对应的连接点之间通过微带线连接。

发射天线采取一个大矩形线圈中串联五个小矩形线圈的结构，额外在第二环形线圈和第六微带线内部加入一匝反向绕线的结构，同时发射天线中有五个小矩形线圈阵列式横向排列设计，线圈之间两两相互部分重叠，通过相邻两谐振线圈分布在不同的介质层上来实现线圈整体之间的贯通，使收发天线之间的耦合系数分布很均衡，水平自由度较高，能够在低距离和接收天线严重小于发射天线的情况下，使得接收天线在发射天线区域内横向移动、竖向移动的不同位置传输效率均衡，也能满足多个电子设备同时进行无线充电和供电要求。

如图6-图7共同所示，接收天线正面的接收谐振线圈501上设置有第四十九连接点502，接收天线背面的寄生耦合线圈601上设置有第五十连接点602；第四十九连接点502和第五十连接点602之间设置有通孔并通过微带线连接。

接收谐振线圈501和寄生耦合线圈601均为带缺口的四方螺旋环形线圈。

接收天线正背面线圈采用均采用四方螺线环形设计，背面的寄生谐振线圈增加了收发磁谐振线圈之间的耦合强度，在有效的距离内可以提高系统的传输效率和传输距离。

发射天线的几何参数和电气参数具体为：

第一环形线圈001的长度L_TX为180mm-240mm；

第一环形线圈001的宽度H_TX为110mm-150mm；

第一环形线圈001中微带线的宽度W_Res1_TX为1mm-6mm；

第一环形线圈001中相邻微带线的间隙S_Res1_TX为2mm-5mm；

第二环形线圈003的长度L_Res1_TX为35mm-45mm；

第二环形线圈003的宽度H_Res1_TX为90mm-120mm；

第二环形线圈003中微带线宽度W_Res1_TX为1mm-6mm；

第二环形线圈003中相邻微带线的间隙S_Res1_1_TX为4mm-10mm；

第二环形线圈003的反向绕线长度L_Res1_1_TX为8mm-16mm；

第二环形线圈003的反向绕线宽度H_Res1_1_TX为70mm-80mm；

第二环形线圈003的反向绕线宽度W_Res1_1_TX为1mm-4mm；

第二环形线圈003中反向绕线相邻微带线的间隙S_Res1_2_TX为0.5mm-2mm；

第二环形线圈003中反向绕线相邻微带线的间隙S_Res1_3_TX为1mm-3mm

第二环形线圈003和第六环形线圈007尺寸完全相同且成镜像分布；

第三环形线圈004的长度L_Res3_TX为35mm-45mm；

第三环形线圈004的宽度H_Res3_TX为90mm-120mm；

第三环形线圈004中微带线宽度W_Res3_TX为1mm-6mm；

第三环形线圈004中相邻微带线的间隙S_Res3_TX为4mm-10mm；

第二环形线圈003和第四环形线圈005的间隔W1为20mm-28mm

发射天线的可调电容值为10Pf-70Pf。

通过对发射天线中各个几何参数和电气参数的优化设置，在发射天线与接收天线尺寸差距很大的情况下，采取发射天线串联谐振阵列加反向绕线式的设计，并且加上各个矩阵都加上寄生谐振线圈用以提高线圈之间的耦合强度以及发射天线本身的品质因子，以适用于目前电子消费产品、通讯设备和LED照明设备的接收天线日益小型化的情况。

接收天线的几何参数和电气参数具体为：

接收谐振线圈501的长度L_RX为26mm-38mm；

接收谐振线圈501的宽度H_RX为34mm-46mm；

接收谐振线圈501中微带线宽度W_Res_RX为0.5mm-2mm；

接收谐振线圈501中微带线之间的距离S_Res_RX为0.3mm-1mm；

寄生耦合线圈601的长度L_RX为26mm-38mm；

寄生耦合线圈601的宽度H_RX为34mm-46mm；

寄生耦合线圈601中微带线宽度W_Res_RX为0.5mm-2mm；

寄生耦合线圈601中微带线之间的距离S_Res_RX为0.3mm-1mm；

接收谐振线圈的电容值为100PF-240PF。

通过对接收天线中各个几何参数和电气参数的优化设置，在保证接收天线的小型化的同时，提高收发磁谐振线圈之间的耦合强度以及接收谐振线圈本身的品质因子，以适用于电子消费产品、通讯设备和LED照明设备的无线充电能量信号的接收。

在本实施例中，所有线圈均为微带线构成，发射谐振线圈、激励线圈、接收谐振线圈和寄生谐振线圈均采用印刷电路板工艺加工而成，为附着在介质基板的金属片。各连接点相互之间设置有通孔的两个连接点均通过设置在通孔中的微带线连接。

采用本发明实施例提供的发射天线和接收天线构成串联谐振阵列加反向绕线结构的磁谐振耦合无线电能传输系统，且发射天线的底层印刷电路结构和接收天线的背面无任何金属片附着。根据图2-图6所示结构图中的符号标识，发射天线和接收天线的几何参数和电气参数设置如表1所示：

表1

本发明实施例中，发射天线的长度(L_TX、L_TX1、L_TX3、L_TX4)和宽度(H_TX1、H_TX2、H_TX3、H_TX4、)并不局限于上表中的具体取值，而是可以根据发射谐振线圈的大小和数量进行具体的调整。

在发射天线添加激励，激励信号在第一环形线圈001产生电磁振荡。信号通过微带线先传输到第五环形线圈006，接着回到第一环形线圈001上再传输到第六环形线圈007，接着回到第一环形线圈001上再接着传到第四环形线圈005，接着回到第一环形线圈001上再传输到第二环形线圈003，接着继续回到第一环形线圈001上再接着传到第三环形线圈004，再通过磁谐振耦合的方式将能量传输到接收天线的接收谐振线圈501和寄生谐振线圈601，电磁能量从接收谐振线圈501输出，经过整流稳压后供给电子消费产品、通讯设备和LED照明设备。

当接收天线位于发射天线5mm的距离，在发射天线横向不同位置A、B、C、D、E等位置处(如图8所示)的收发天线之间的传输效率进行实测，本发明提供的收发线圈结构在有效距离内，随着接收天线横向引动，传输效率都保持在75％-80％的范围内，收发天线之间的耦合系数分布很均衡，水平自由度高。