植入式器件在现代医疗领域中越来越受到重视,它的出现给患者带来了一些新的治疗方式,但是植入式器件通常是用锂离子电池进行供电,当电池电量用完时需要手术进行更替,这会给患者带来极大的痛苦。而采用无线能量传输技术可以有效解决植入式器件的这些问题。本文研究的植入式超声耦合式无线能量传输技术是一种新兴的技术手段。相比于电感耦合式无线能量传输和电容耦合式无线能量传输,超声耦合式无线能量传输技术不仅可以在金属介质中进行传输,而且能量更易于集中,在很多场合(比如在深度植入的植入式医疗应用中)具有更高的能量传输效率。此外,超声耦合式无线能量传输技术还具有不存在电磁辐射和电磁干扰等问题,对工作环境的适应性和可靠性强等优点。但是当前超声耦合式无线能量传输技术仍存在传输效率较低的问题。对此,本文开展了超声耦合式无线能量传输系统的建模研究,并以此为基础进行了基于立方体结构压电换能器的全向超声耦合式无线能量传输系统的研究与使系统获得最大功率传输的阻抗变换网络设计研究。首先,介绍了超声耦合式无线能量传输技术的研究现状,分析了超声耦合式无线能量传输的系统模型及基本原理。其次,针对传统圆盘型结构接收端在植入人体时会产生一定的旋转偏移而导致的接收“死区”问题,设计了一个基于立方体型结构压电换能器接收端的系统。通过COMSOL Multiphysics仿真定性比较了旋转偏移量对立方体型与圆盘型结构接收端的影响大小并通过实验加以验证。实验结果表明采用立方体型结构的压电换能器接收端可以解决植入式医疗设备的接收“死区”问题。最后,推导出超声耦合式无线能量传输系统处于最大功率传输时的条件,依据该条件进行阻抗变换网络的设计。分别在系统发送端与接收端设计了LC型、π型与T型3种不同的阻抗变换网络并给出了相应匹配网络参数的计算方法。本文考虑到匹配元器件会给系统带来一定的损耗,选取匹配元器件使用较少的LC型阻抗变换网络来进行设计,并进行了仿真与实验的验证。实验结果表明采用阻抗变换网络后的系统输出功率提高了将近10倍。