CN105915194A

CN105915194A - 基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器

Info

Publication number: CN105915194A
Application number: CN201610303108.7A
Authority: CN
Inventors: 刘珺; 徐晓玲
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-08-31

Abstract

基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，利用磁谐振耦合无线电能传输技术进行窄带带通滤波。该电路包括用于进行输入频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输入的选频输入模块；用于进行相应频率的信号与能量传递，同时完成输入与输出隔离任务的磁谐振耦合隔离传输模块；用于进行输出频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输出的选频输出模块。本发明采用磁耦合无线电能传输技术，实现窄带带通选频滤波任务；电路结构新颖、可靠、实用。本发明可用大功率滤波场合及低功率的电子通讯滤波领域。

Description

基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器

技术领域

本发明涉及基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，属于无线电能传输技术领域与电子通讯技术领域。

背景技术

磁谐振耦合无线电能传输技术通过原副边的同频谐振耦合进行原副边的能量传递，且当原副边的谐振频率发生偏差则能量传递的效果极巨衰减。将磁谐振耦合无线电能传输技术应用于电子通讯，可获得良好的窄带带通滤波性能。

带通滤波器相关研究有多种技术方案。例如，冯旭，“一种高抑制带通滤波器频选组件的研制”，中国电子科学研究院学报，第1卷第6期，2006.12，PP：548-551，介绍了一种由多个带通滤波器、开关组件、转换开关、远控电路组成低频段高抑制频选组件的设计方法。再如，魏然，朱臣伟，钱兴成，“基于分频器的开关滤波器组件的设计”，固体电子学研究与进展，第34卷第1期，2014.01，PP：60-64，利用单刀多掷开关、分频器和带通滤波器将一个宽带信号根据频率控制码分成信号频段均不相同多路输出。

目前为止，将磁谐振耦合无线电能传输技术用于选频窄带带通滤波器领域尚未见报道。本方案是硬件解决方案，并实现了输入与输出隔离，具备极强的频率选择性能，对功率型选频及滤波有很好的效果，可用于得到高质量的交流信号源，用于通讯电子领域可进行选频等应用，有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是，提出基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器与方法，将无线电能传输技术用于选频与带通滤波场合，可使输入与输出电气隔离且降低不同频率电磁波的相互串扰，提高***电磁兼容性。

实现本发明的技术方案是，本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器包括：

选频输入模块，用于进行输入频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输入；

磁谐振耦合隔离传输模块，用于进行相应频率的信号与能量传递，同时完成输入与输出隔离任务；

选频输出模块，用于进行输出频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输出。

本发明电路的选频输入模块的输入端接入输入信号，选频输入模块的输出端连接磁谐振耦合隔离传输模块的输入端；磁谐振耦合隔离传输模块输出为本发明的最终输出，如有必要可接入后续处理电路。

本发明电路的选频输入模块采用多路开关方案，所述选频输入模块电路包括开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1以及开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2 。In1与In2为所述选频输入模块的输入端，同时也是本发明选频窄带带通滤波器的输入端。开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1均有一端与In1相联，另一端各自联结WPT1_1、WPT2_1、……、 WPTn_1；开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2均有一端与In2相联，另一端各自联结WPT1_2、WPT2_2 、……、WPTn_2。

本发明电路的磁谐振耦合隔离传输模块包括各个相同或不同拓扑结构的无线电能传输模块的子模块WPT1、WPT2 、……、WPTn等。各个子模块均由发送部分与接收部分两部分组成，子模块WPT1的原边谐振电容C_P1与原边谐振线圈L_P1构成发送部分，副边谐振电容C_P2与副边谐振线圈L_P2构成接收部分。其它WPT2 、……、WPTn无线电能传输模块的子模块构成类似，但因工况与实际需求的不同可以构建不同的无线电能传输拓扑。

本发明电路的选频输出模块采用多路开关方案，所述选频输出模块电路包括开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3以及开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4 。开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3均有一端与Out1相联，另一端各自联结WPT1_3、WPT2_3、……、 WPTn_3；开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4均有一端与Out2相联，另一端各自联结WPT1_4、WPT2_4 、……、WPTn_4。

所述选频输入模块与选频输出模块各开关应同步协同工作，即当输入开关S_K1、S_K2与输出开关S_K3 、S_K4同步开通与关断，K=1,2,…n。

本发明的有益效果是，本发明采用磁谐振耦合无线电能传输技术实现带通/选频，可使输入与输出信号进行电气隔离以及频率隔离，有效减小输入与输出侧电路的相互干扰，提高***电磁兼容性，该电路可靠、实用。本发明在各类传统功率滤波及电子通讯领域均有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器示意图；

图2为本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的选频输入模块电路；

图3为本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的磁谐振耦合隔离传输模块电路；

图4为本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的选频输出模块电路。

具体实施方式

本发明实施例结合附图进一步说明。

图1是本实施例基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的示意图。

本实施例选频窄带带通滤波器的电路分为选频输入模块、磁谐振耦合隔离传输模块、选频输出模块三大模块。

图2为本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的选频输入模块电路。

In1与In2为选频输入模块输入端，同时也是本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的输入端。选频输入模块电路包括开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1以及开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2 。开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1以及开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2采用继电器开关。开关S₁₁与开关S₁₂构成一对，进行同步开关输入，开关S₂₁与开关S₂₂构成一对，进行同步开关输入，……，开关S_n1与开关S_n2构成一对，进行同步开关输入。WPT1_1与WPT1_2为本模块第一个输出端口，其它输出端口与之类同，如WPT2_1、WPT2_2为第二个输出端口，……， WPTn_1与WPTn_2为第n个输出端口。

磁谐振耦合隔离传输模块包括各个无线电能传输模块的子模块WPT1、WPT2 、……、WPTn。各个子模块均由发送部分与接收部分两部分组成，原边谐振电容与原边谐振线圈构成发送部分，副边谐振电容与副边谐振线圈构成接收部分。子模块的自身原副边谐振频率相同或近似，而不同子模块的谐振频率不同。进一步说明如下，假定子模块WPT1的原副边谐振频率相同为f_R1，子模块WPT2的原副边谐振频率为f_R2，……，子模块WPTn的原副边谐振频率为f_Rn，有f_R1 ≠f_R2≠……≠f_Rn。

WPT1的原边谐振电容C_P1与原边谐振线圈L_P1构成发送部分，副边谐振电容C_P2与副边谐振线圈L_P2构成接收部分。其它无线电能传输模块的子模块构成类似，图中给出了原边串联副边并联的无线电能传输拓扑方案，各个无线电能传输模块的子模块的无线电能传输拓扑可以相同，也可以因工况与实际需求而构建不同的无线电能传输拓扑。

开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3以及开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4 等开关可采用继电器开关、电力电子开关或其它类别开关，且开关S₁₃与开关S₁₄构成一对，进行同步开关输出，开关S₂₃与开关S₂₄构成一对，进行同步开关输出，……，开关S_n3与开关S_n4构成一对，进行同步开关输出。WPT1_1与WPT1_2为本模块第一个输入端口，其它输出端口与之类同，如WPT2_1、WPT2_2为第二个输出端口，……， WPTn_1与WPTn_2为第n个输出端口，开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3与Out1相联，开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4与Out2相联，Out1为与Out2为本模块输出端，同时也是本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的输出端。

假定输入信号波形频谱复杂而希望输出选择频率为f_R1，进行选频与带通滤波为例说明本发明基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器的工作原理。首先选频输入模块的开关S₁₁与开关S₁₂接通进行输入；即选择磁谐振耦合隔离传输模块中谐振频率为f_R1的无线电能传输子模块WPT1进行工作；同时，将选频输出模块的开关S₁₃与开关S₁₄接通进行输出。当需选择其它频率时，工作方式类似，令相应的无线电能传输子模块接入工作并进行输出。本发明所述选频输入模块与选频输出模块各相应开关应协同工作以选择所需磁谐振耦合隔离传输模块相应无线电能传输子模块工作。由于无线电能传输为原副边同频或近频谐振耦合，因而具备良好的窄频滤波能力，输入信号中不同频率的分量被阻碍而无法传输到副边进行输出。

Claims

1.基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器利用磁谐振耦合无线电能传输技术进行窄带带通滤波；所述基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器由选频输入模块、磁谐振耦合隔离传输模块及频输出模块三个模块组成；

所述选频输入模块，用于进行输入频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输入；

所述磁谐振耦合隔离传输模块，用于进行相应频率的信号与能量传递，同时完成输入与输出隔离任务；

所述选频输出模块，用于进行输出频率选择，不同的频率开通相应频率的磁谐振耦合通路输出。

2.根据权利要求1所述的基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述选频输入模块电路包括开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1以及开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2；In1与In2为所述选频输入模块的输入端，也是所述带通滤波器的输入端；所述开关S₁₁、S₂₁、……、S_n1以及所述开关S₁₂、S₂₂、……、S_n2采用继电器开关；开关S₁₁与开关S₁₂构成一对，进行同步开关输入；开关S₂₁与开关S₂₂构成一对，进行同步开关输入；……，开关S_n1与开关S_n2构成一对，进行同步开关输入；WPT1_1与WPT1_2为所述选频输入模块第一个输出端口，其它输出端口与之类同，WPT2_1与WPT2_2为第二个输出端口，……， WPTn_1与WPTn_2为第n个输出端口。

3.根据权利要求1所述的基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述磁谐振耦合隔离传输模块包括各个无线电能传输模块的子模块WPT1、WPT2、……、WPTn；所述子模块均由发送部分与接收部分两部分组成，原边谐振电容与原边谐振线圈构成发送部分；副边谐振电容与副边谐振线圈构成接收部分。

4.根据权利要求1所述的基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述选频输出模块电路包括开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3以及S₁₄、S₂₄、……、S_n4；所述开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3以及所述开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4可采用继电器开关、电力电子开关或其它类别开关；且开关S₁₃与开关S₁₄构成一对，进行同步开关输出；开关S₂₃与开关S₂₄构成一对，进行同步开关输出；……，开关S_n3与开关S_n4构成一对，进行同步开关输出；WPT1_1与WPT1_2为所述选频输出模块第一个输入端口；其它输出端口与之类同，如WPT2_1、WPT2_2为第二个输出端口，……，WPTn_1与WPTn_2为第n个输出端口；开关S₁₃、S₂₃、……、S_n3与Out1相联，开关S₁₄、S₂₄、……、S_n4与Out2相联；Out1为与Out2为本模块输出端，同时也是选频窄带带通滤波器的输出端。

5.根据权利要求3所述的基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述磁谐振耦合隔离传输模块各个无线电能传输模块的子模块WPT1、WPT2 、……、WPTn的谐振频率f_R1、f_R2、……、f_Rn满足f_R1 ≠f_R2≠……≠f_Rn；各个无线电能传输模块的子模块的无线电能传输拓扑可以相同，也可以因工况与实际需求而构建不同的无线电能传输拓扑。

6.根据权利要求2和4所述的基于磁谐振耦合的选频窄带带通滤波器，其特征在于，所述选频输入模块与选频输出模块各开关应同步协同工作，即当输入开关S_K1、S_K2与输出开关S_K3 、S_K4同步开通与关断，K=1,2,…n。