[发明专利]一种小型化高效微波输能整流阵

说明书

技术领域

本发明涉及微波无线能量传输领域，具体涉及一种微波能量的接收和转化装置以及其组阵的方式，用于将微波能量转化为电能。

背景技术

太阳每秒钟供给地球的能量达到4.1×10¹³千卡，相当于每秒钟燃烧500万吨优质燃煤所发出的能量。而散失在太空中的太阳能要比供给地球的能量多22亿倍。若将巨大的太阳能电池阵放置在地球轨道上，能够将用之不竭的太阳能转化成数千兆瓦级的电能，能量转换装置将电能转换成微波(微波发射机)，再利用太空高功率天线阵向地面发送微波能，微波能传输到地面微波接收站，大规模接收天线阵将接收到的微波能转变成电能。

无线电能传输，即电能不通过输电线进行能量传输的技术，能够使人们摆脱电线的约束。无线充电传输方式一般可分为电磁感应式、磁场共振式、电波辐射式三种。其中，电波辐射式又称为微波输能(MPT)，即电能转换成微波以辐射传输供电，适合远距离传输。1899年，“特斯拉线圈”的问世，为MPT的发展埋下了种子。近代MPT实验完成于1964年，在2.45GHz下用微波驱动直升机，极大地促进了世界各国对MPT技术的研究。1968年，美国开始了空间太阳能发电卫星(SSPS)计划。MPT在无线电能传输中起到了举足轻重的作用，具有巨大的发展前景，广泛应用于电子、医疗、军事等许多领域，受到国内外越来越多的关注。MPT有下面三个过程：1)微波的产生；2)微波的发射和传播；3)微波的接收和转换。在整个MPT系统中，主要装置是接收整流天线及整流电路，它能够完成MPT的第三个过程，即接收微波并将其转换成直流电。

接收整流天线是MPT系统的关键技术，早期的接收整流天线一般为抛物面天线或喇叭天线，但天线体积大、重量高、不易组阵；此后，多用铝条做成半波偶极子天线用于接收，在一定程度上减小了接收天线的重量和体积；现在，为进一步减轻重量，节省金属材料以及减小体积，印刷电路接收整流天线成为研究的重点。现有整流天线及电路安装方式固定，大多数集成在同一电路板上。微波波束多为高斯分布，其能量分布不均匀，所以传统整流天线及电路设计为一体不易于灵活组阵接收微波能量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型化高效微波输能整流阵，接收天线和整流电路采用SMA线缆连接，方便灵活拆卸组阵，满足整流天线与用电设备进行集成及小型化、便携式的需求，采用垂直于天线阵底面的印刷偶极子天线，大大减小天线阵横向体积，密集排布从而更加充分的接收微波能量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括若干个小型化接收天线、射频电缆和整流电路，所述的小型化接收天线和整流电路分别用印刷电路印制在不同的介质基片上，小型化接收天线和整流电路之间通过射频线缆连接。

所述的小型化接收天线为对称偶极子形式，采用宽带巴伦耦合馈电。

所述小型化接收天线的工作频率为2.45GHz，介质基片的介电常数为4.4，厚度为1.5mm。

所述的小型化接收天线均安装在天线阵面上，各个小型化接收天线的介质基片相互平行且均与天线阵面垂直。

所述小型化接收天线为密集排布，相邻小型化接收天线的间距小于工作波长的四分之一。

所述射频电缆采用低损耗同轴线缆，两端接头均为SMA连接器。

所述整流电路包括阻抗匹配枝节，整流二极管及低通滤波器，均印刷在介质基片一侧；阻抗匹配枝节实现小型化接收天线与整流二极管之间的匹配，将射频电缆输入的微波能量传输至整流二极管；整流二极管将微波能量转化为直流电压，经低通滤波器反射高次谐波，输出无高次谐波干扰的直流电压。

本发明的有益效果是：

第一、体积小、结构简单、易于加工。

第二、接收天线和整流电路采用分离式设计，之间采用射频电缆连接，使用灵活，相比整流阵列制作在同一介质基片上，更易于组阵。

第三、接收天线采用宽带巴伦耦合馈电，由于宽带巴伦平衡馈电，可获得规整的方向图，而耦合馈电能获得较宽的带宽，提高了能量传输的效率。

第四、整流电路所有组成部分均在介质板一侧，且结构简单仅包含一个阻抗匹配枝节、一个整流二极管及一个低通滤波器，易于制版加工。

第五、接收整流天线阵使用密集布阵形式，相对于传统的天线间距四分之波长的接收阵更充分的接收来自发射天线的微波能量，提高整流效率。

附图说明

图1是整流组件整体结构示意图。

图2是整流天线结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是后视图。

图3是射频电缆结构示意图。