[发明专利]集成表面等离激元耦合器和平面半麦克斯韦鱼眼透镜的电磁能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁能量收集装置，尤其涉及一种集成超表面和半麦克斯韦鱼眼透镜的电磁能量收集装置，属于新型人工电磁材料、能量收集与回收领域，应用于物联网、射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）等领域。

背景技术

作为物联网的两大核心技术，射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）已得到国际上学术界和企业界的高度关注，各国政府部门亦积极推进物联网的发展。WSN和RFID等物联网技术已经渗透到各个领域：如国防安全、空间探测、环境监测等。RFID、WSN节点分布范围广、数量多、或工作于不可及的特殊环境中，无线能量供给技术是延长其生命周期、拓宽应用范围的关键技术。环境功率电磁能量转换和收集利用技术收集自由空间的电磁能量，在接收端转换成直流能量。环境电磁能量存在功率密度低（小于-30dBm）且变化范围宽、频带多等特点。在低微功率输入的情况下，整流电路的效率会急剧下降（低于10%），从而降低整个系统的能量转换效率。

新型人工电磁材料是电磁学中新兴的研究领域,由一系列设计的结构单元在亚波长尺度上按照一定规律排列构成。通过改变单元结构设计即可改变新型人工电磁材料的本构关系,为人工控制电磁传播提供了极大的便利。近些年新型人工电磁材料得到了长足的发展,在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用，有望应用于电磁能量收集系统中。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出一种集成超表面和半麦克斯韦鱼眼透镜的电磁能量收集装置。

本发明采用的技术方案是：

一种集成超表面和半麦克斯韦鱼眼透镜的电磁能量收集装置，包括介质基板、微带线、半麦克斯韦鱼眼透镜主体和超表面；所述超表面的相位渐变。

进一步地，所述半麦克斯韦鱼眼透镜主体为表面金属结构，由1个以上方形金属贴片周期性行列排布为半圆形状；所述各方形金属贴片的尺寸由圆心向外周渐变减小。

进一步地，所述超表面由H型结构单元周期性行列排布组合而成；所述H型结构单元的尺寸由接近半麦克斯韦鱼眼透镜一侧向远离半麦克斯韦鱼眼透镜一侧渐变减小。

本发明采用上述技术方案，取得的有益效果在于：

1、本发明采用渐变相位变化的超表面能够实现空间传播波和表面等离激元--表面波的高效耦合，形成高效的表面等离激元耦合器；

2、本发明采用半麦克斯韦鱼眼透镜是一种折射率梯度聚焦透镜，能够对入射的表面波起到汇聚效果，从而提高入射空间电磁波的功率密度，进一步提高整流电路的输入功率，从而提高整个系统的整流效率，实现高效的电磁能量收集装置。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明半麦克斯韦鱼眼透镜主体单元的俯视图；

图4是本发明渐变相位变化的超表面单元的俯视图；

其中1-介质基板，2-微带线，3-半麦克斯韦鱼眼透镜主体，4-渐变相位变化的超表面，5-半麦克斯韦鱼眼透镜主体单元结构，6-渐变相位变化的超表面单元结构，7-位于介质基板下的接地板，8-介质厚度，9-金属厚度，10-半麦克斯韦鱼眼透镜主体单元周期，11-半麦克斯韦鱼眼透镜主体单元方形贴片的边长，12-半麦克斯韦鱼眼透镜主体单元贴片的间隙，13-渐变相位变化的超表面单元结构的周期，14-渐变相位变化的超表面单元结构的高度，15-H型结构中竖向金属条的宽度，16-H型结构中横向金属条的宽度，17-H型结构中横向金属条的高度，18-H型结构中竖向金属条的高度。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例，对本发明做进一步阐述。

实施例1：

参见图1和图2，一种集成超表面和半麦克斯韦鱼眼透镜的电磁能量收集装置，包括介质基板1、微带线2、半麦克斯韦鱼眼透镜主体3、超表面4和位于介质基板下的接地板7；所述超表面4的相位渐变。

进一步地，所述半麦克斯韦鱼眼透镜主体3为表面金属结构，由1个以上方形金属贴片周期性行列排布为半圆形状；所述各方形金属贴片的尺寸由圆心向外周渐变减小。

进一步地，所述超表面4由H型结构单元周期性行列排布组合而成；所述H型结构单元的尺寸由接近半麦克斯韦鱼眼透镜主体3一侧向远离半麦克斯韦鱼眼透镜主体3一侧渐变减小。