實驗名稱：人體植入式設備無線電能傳輸機理及非對稱絕緣層耦合裝置傳能效用的實驗研究與分析

實驗目的：探究工作頻率、絕緣層厚度、極板尺寸及植入深度等參數(shù)對電場耦合傳能效率與安全性的影響機制；基于COMSOL仿真與新鮮豬肉實驗平臺，驗證非對稱絕緣層耦合裝置的傳輸特性與生物兼容性，為植入式醫(yī)療設備提供高效、安全的無線供能解決方案。

測試設備：電場耦合實驗平臺（含非對稱絕緣層耦合裝置）、阻抗分析儀、信號發(fā)生器、寬帶功率放大器（AigtekATA-1220E）、高壓差分電壓探頭，示波器、高頻整流濾波電路、恒溫箱、新鮮豬肉組織介質、COMSOLMultiphysics仿真軟件。

實驗過程：實驗以新鮮豬肉模擬人體皮膚-脂肪-肌肉多層結構，通過AC-AC傳能測試、COMSOL有限元仿真與解析計算的三方對比，驗證了工字模型在預測能量分布與損耗特性上的準確性。進一步通過AC-DC實驗證實：所設計的非對稱絕緣層耦合裝置能以40.6%的AC-DC效率傳輸75.2mW至負載，較傳統(tǒng)對稱結構效率提升10.6%，且在不同植入深度、極板錯位及彎曲工況下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的傳能能力。最終通過電磁安全評估與生物相容性測試，驗證了該系統(tǒng)在滿足人體安全限值前提下的高效能量傳輸特性。

圖1實驗裝置實物圖

圖2實驗系統(tǒng)流程圖

實驗結果：本研究通過系統(tǒng)實驗驗證了人體植入式經(jīng)皮電場耦合無線電能傳輸技術的可行性與優(yōu)越性。實驗以新鮮豬肉模擬人體多組織層環(huán)境，搭建完整測試平臺，證實所設計的非對稱絕緣層耦合裝置在6.78MHz工作頻率下，能以40.6%的AC-DC效率穩(wěn)定傳輸75.2mW功率至負載，較傳統(tǒng)對稱結構效率提升10.6%、功率提升18mW；AC-AC實驗與COMSOL仿真及解析計算對比誤差低于5%，驗證了多組織層電路模型的準確性；系統(tǒng)在±10mm錯位范圍內效率下降僅3-10%，表現(xiàn)出優(yōu)秀抗偏移能力，同時整流電路在寬負載范圍內保持80%以上效率；安全評估表明，在SARavg≤2W/kg限值下組織溫升低于1°C、電磁干擾低于0.32mV，完全符合IEEEC95.1標準，整體證明該技術具備安全、高效、穩(wěn)定的無線供電能力。

圖3Uin=6.1V，仿真、數(shù)值計算與實驗結果

圖4Uin=6.1V，系統(tǒng)輸出功率與系統(tǒng)效率實驗測量值

(a)非對稱絕緣層溫升分布 (b)對稱絕緣層溫升分布

圖5溫升分布云圖

圖6非對稱絕緣層耦合裝置在RDC=100Ω時波形

產(chǎn)品推薦：ATA-1220E

圖：ATA-1220E寬帶放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇