一種寬帶微波輸能整流組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種寬帶微波輸能整流組件，接收天線和整流電路制作在不同的介質(zhì)基片上，二者使用射頻電纜進(jìn)行連接；接收天線為印刷偶極子天線，其陣子臂為橢圓形漸變結(jié)構(gòu)，分別印制在介質(zhì)板兩側(cè)，展寬天線帶寬；射頻電纜采用低損耗同軸線纜；整流電路包括匹配枝節(jié)，整流二極管和低通濾波器；阻抗匹配枝節(jié)實現(xiàn)接收天線與整流二極管之間的匹配，使得微波能量高效傳輸至整流二極管；微波能量經(jīng)整流二極管后會產(chǎn)生直流電壓；直流電經(jīng)低通濾波器后反射高次諧波，整個整流電路輸出無高次諧波干擾的直流電壓。本發(fā)明制造簡單，使用靈活，易于組陣。
【專利說明】一種寬帶微波輸能整流組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波輸能領(lǐng)域，具體涉及一種可以接收和轉(zhuǎn)換微波能量的組件，用于將微波能量轉(zhuǎn)化為直流電，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離空間無線能量傳輸。

【背景技術(shù)】
[0002]無線電能傳輸，即電能不通過輸電線進(jìn)行能量傳輸?shù)募夹g(shù)，能夠使人們擺脫電線的約束。無線充電傳輸方式一般可分為電磁感應(yīng)式、磁場共振式、電波輻射式三種。其中，電波福射式又稱為微波輸能(MPT)，即電能轉(zhuǎn)換成微波以福射傳輸供電，適合遠(yuǎn)距離傳輸。1899年，“特斯拉線圈”的問世，為MPT的發(fā)展埋下了種子。近代MPT實驗完成于1964年，在2.45GHz下用微波驅(qū)動直升機，極大地促進(jìn)了世界各國對MPT技術(shù)的研宄。1968年，美國開始了空間太陽能發(fā)電衛(wèi)星(SSPS)計劃。MPT在無線電能傳輸中起到了舉足輕重的作用，具有巨大的發(fā)展前景，廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療、軍事等許多領(lǐng)域，受到國內(nèi)外越來越多的關(guān)注。MPT有下面三個過程:1)微波的產(chǎn)生；2)微波的發(fā)射和傳播；3)微波的接收和轉(zhuǎn)換。在整個MPT系統(tǒng)中，主要裝置是接收整流天線及整流電路，它能夠完成MPT的第三個過程，即接收微波并將其轉(zhuǎn)換成直流電。
[0003]接收整流天線是MPT系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，整流天線與用電設(shè)備集成或附著于用電設(shè)備。為了適應(yīng)電子設(shè)備小型化和便攜式的需求，需要整流天線體積小、重量輕，而印刷偶極子天線采用平面印刷工藝，滿足小型化，質(zhì)量輕的要求。但是現(xiàn)有整流天線及電路安裝方式固定，多集成在同一介質(zhì)板上，不易靈活組陣接收大功率能量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種分離式整流組件，接收天線與整流電路分離設(shè)計，中間使用低損耗射頻電纜連接，使用靈活易于組陣。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括接收天線、射頻電纜和整流電路。
[0006]所述的接收天線和整流電路用覆蓋金屬銅薄膜的形式制作在不同的介質(zhì)基片上，使用射頻電纜進(jìn)行連接；所述的接收天線采用印刷對稱偶極子的形式，陣子臂采用橢圓漸變結(jié)構(gòu)，陣子兩臂分別采用覆蓋金屬銅薄膜的形式印刷在介質(zhì)板的兩側(cè)，印制板和接收天線陣面垂直；所述的整流電路包括阻抗匹配枝節(jié)、整流二極管和低通濾波器，阻抗匹配枝節(jié)實現(xiàn)接收天線與整流二極管之間的匹配，微波能量經(jīng)整流二極管后產(chǎn)生的直流電經(jīng)低通濾波器后反射高次諧波，輸出無高次諧波干擾的直流電壓。
[0007]所述的接收天線中心工作頻率為2.45GHz，介質(zhì)板厚度為1.4mm，介電常數(shù)為2.4。
[0008]所述接收天線介質(zhì)板兩側(cè)的矩形金屬層使得接收天線焊接在天線陣面上。
[0009]所述的射頻電纜在同軸線纜的兩端分別連接SMA頭。
[0010]所述整流電路的介質(zhì)板介電常數(shù)3.0，厚度為0.8mm，介質(zhì)板的兩面覆蓋金屬銅薄膜，一面為阻抗匹配枝節(jié)、整流二極管和低通濾波器，另一面為接地面，整流電路工作頻率為 2.45GHzo
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]第一、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工。
[0013]第二、接收天線和整流電路采用分離式設(shè)計，之間采用射頻電纜連接，使用靈活，相比整流陣列制作在同一介質(zhì)基片上，更易組陣。
[0014]第三、接收天線采用寬帶偶極子形式，由于陣子臂采用橢圓漸變結(jié)構(gòu)使得天線獲得了較寬的帶寬，可提高能量傳輸?shù)男省?br> [0015]第四、整流電路所有組成部分均在介質(zhì)板一側(cè)，且結(jié)構(gòu)簡單僅包含一個阻抗匹配枝節(jié)、一個整流二極管及一個低通濾波器，易于制版加工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是整流天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是整流電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是視頻電纜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是整流組件整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是接收整流天線駐波曲線圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0022]本發(fā)明通過對接收天線、整流電路進(jìn)行分離式設(shè)計，用覆蓋金屬銅薄膜的形式制作在不同的介質(zhì)基片上，二者使用射頻電纜進(jìn)行連接，保證了接收天線可以密集組陣，減小了整流電路的安裝對接收天線陣的影響，同時針對接口參數(shù)進(jìn)行阻抗匹配優(yōu)化設(shè)計，在使用靈活的同時具有較高的整流效率。
[0023]本發(fā)明由接收天線、射頻電纜、整流電路組成。
[0024]接收天線設(shè)計成對稱偶極子的形式，印制板和天線陣面垂直，與平面印刷微帶天線相比可以密集排布，與天線陣表面功率密度相適應(yīng)，充分利用天線陣表面接收到的能量。
[0025]射頻電纜采用低損耗同軸線纜，兩個接頭均為SMA連接器。
[0026]整流電路由阻抗匹配枝節(jié)，整流二極管及低通濾波器組成。阻抗匹配枝節(jié)實現(xiàn)接收天線與整流二極管之間的匹配，使得微波能量高效傳輸至整流二極管；微波能量經(jīng)整流二極管后會產(chǎn)生直流電壓；直流電經(jīng)低通濾波器后反射高次諧波，使整個整流電路輸出無高次諧波干擾的直流電壓。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的實施例由接收天線1、射頻電纜2、整流電路3組成。
[0028]如圖2所示，接收天線I采用印刷對稱偶極子的形式，如圖1所示陣子臂采用橢圓漸變結(jié)構(gòu)來展寬天線的帶寬，陣子兩臂分別采用覆蓋金屬銅薄膜的形式印刷在介質(zhì)板的兩偵!|，天線中心工作頻率為2.45GHzο介質(zhì)板厚度為1.4mm，介電常數(shù)為2.4。天線介質(zhì)板的左右兩側(cè)下方的矩形金屬層可以使得天線焊接在天線陣面上，以便加固天線陣結(jié)構(gòu)。
[0029]如圖3所示，射頻電纜2由SMA頭21、23和同軸線纜22組成，同軸線纜22易選用低損耗線纜，且長度不易過長，以減少能量在電纜上的損耗。
[0030]如圖4所示，整流電路3由阻抗匹配枝節(jié)31，整流二極管32及低通濾波器33組成，采用印刷電路制作在同一介質(zhì)板上。介質(zhì)板介電常數(shù)3.0，厚度為0.8_。采用印刷技術(shù)在介質(zhì)板的兩面覆蓋金屬銅薄膜，一面為整流功能電路，另一面為接地面，整流電路工作頻率為2.45GHzο阻抗匹配枝節(jié)31用于整流二極管32和接收天線I之間的阻抗匹配。整流二極管32連接在阻抗匹配枝節(jié)31和低通濾波器33之間，將微波轉(zhuǎn)化為直流電壓。低通濾波器33連接在整流二極管32和輸出電壓端之間，實現(xiàn)基波無損耗通過，并反射由非線性元件整流二極管32產(chǎn)生的高次諧波。最終由低通濾波器33末端導(dǎo)線輸出直流電壓。
[0031]采用本實施方式的接收整流電路，性能優(yōu)良，可靠性高，使用靈活。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶微波輸能整流組件，包括接收天線、射頻電纜和整流電路，其特征在于:所述的接收天線和整流電路用覆蓋金屬銅薄膜的形式制作在不同的介質(zhì)基片上，使用射頻電纜進(jìn)行連接；所述的接收天線采用印刷對稱偶極子的形式，陣子臂采用橢圓漸變結(jié)構(gòu)，陣子兩臂分別采用覆蓋金屬銅薄膜的形式印刷在介質(zhì)板的兩側(cè)，印制板和接收天線陣面垂直；所述的整流電路包括阻抗匹配枝節(jié)、整流二極管和低通濾波器，阻抗匹配枝節(jié)實現(xiàn)接收天線與整流二極管之間的匹配，微波能量經(jīng)整流二極管后產(chǎn)生的直流電經(jīng)低通濾波器后反射高次諧波，輸出無高次諧波干擾的直流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波輸能整流組件，其特征在于:所述的接收天線中心工作頻率為2.45GHz，介質(zhì)板厚度為1.4mm，介電常數(shù)為2.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波輸能整流組件，其特征在于:所述接收天線介質(zhì)板兩側(cè)的矩形金屬層使得接收天線焊接在天線陣面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波輸能整流組件，其特征在于:所述的射頻電纜在同軸線纜的兩端分別連接SMA頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波輸能整流組件，其特征在于:所述整流電路的介質(zhì)板介電常數(shù)3.0，厚度為0.8_，介質(zhì)板的兩面覆蓋金屬銅薄膜，一面為阻抗匹配枝節(jié)、整流二極管和低通濾波器，另一面為接地面，整流電路工作頻率為2.45GHzο
【文檔編號】H02J17/00GK104467466SQ201410663522
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】張佳, 梁西銘, 張海光, 張驊, 郭衛(wèi)展, 張琦, 馮晨, 盛曉佳 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所