[发明专利]一种结构紧凑的微波整流天线

说明书

技术领域

本发明涉及微波无线能量传输技术领域，更具体地，涉及一种结构紧凑的微波整流天线。

背景技术

微波无线能量传输(MPT：Microwave Power Transmission)技术是一种不经由物理线路，通过微波辐射方式发射、传输和接收能量的技术。相较于有线输能方式，微波无线能量传输技术在很多应用场景中有着无可比拟的优势。微波无线能量传输技术的传输功率密度可控、高自由度、性能优越，可以应用于外太空能量传输等大功率传输场景以及无线传感器供电、体内医疗设备供电等小功率应用场景。自1964年MPT概念被提出后，人们对其相关技术进行了大量研究。前期研究重点主要集中于太空发电、微波驱动无人机、高空作业平台等大功率传输场合。而随着集成电路以及半导体技术的发展，各类电子电路尺寸的不断小型化，MPT研究在小功率应用领域中也得到了广泛关注，其应用研究主要集中在无线传感器网络供电、小型电子设备无线充电，体内医学设备续航等场合。这些实际应用对MPT技术的实现提出了高效化、小型化以及集成化的要求。

MPT系统的关键部分是接收模块，包括接收天线(antenna)与整流器(rectifier)两部分，合称整流天线(rectenna)，其工作效果直接影响了微波能量传输的整体效率。其主要技术指标包括：接收天线的增益与微波整流器的整流效率。而针对不同的应用场景，还对整流天线有体积大小、制作难度、工作频率、转换效率等各项指标的要求。

传统整流天线的工作频率较低、体积较大、结构松散以及转换效率较低，在低功耗、高集成度的应用场合的使用受到较大的限制。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的整流天线体积较大、结构松散的缺陷，提供了一种新型的微波整流天线，该微波整流天线结构紧凑，横剖面面积小，有利于对整流天线的小型化、集成化。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种结构紧凑的微波整流天线，包括接收天线和整流器，接收天线通过探针与整流器电连接，所述接收天线包括地平面和辐射面，其中辐射面设置在地平面的上方，地平面、辐射面之间留有作为空气隙存在的间距，探针的一端穿出地平面后与辐射面电连接；所述整流器设置在地平面的底面上，其输入端与探针的另一端电连接。

上述方案中，接收天线接收微波能量，然后通过探针将接收的微波能量输入至整流器进行整流处理。由于地平面是设置于辐射面下方的，接收天线相当于采用双层结构，进一步地，整流器设置在地平面的底面上，可以降低整流天线整体的尺寸，减少横剖面面积，使得整流天线结构更加的紧凑。

优选地，所述地平面包括介质层和覆铜层，介质层的顶面与覆铜层的底面贴合；所述辐射面包括介质层和覆铜层，介质层的顶面与覆铜层的底面贴合；探针依次穿出地平面的介质层、地板的覆铜层、辐射面的介质层后与辐射面的覆铜层电连接。地平面的覆铜层构成地平面，辐射板的覆铜层构成辐射单元，两覆铜层之间间隔着介质层和空气隙，由此，两覆铜层之间的相对介电常数减少，有利于抑制各元素间的杂散波串扰，易于组阵。

优选地，所述辐射面的横向剖面呈圆形；所述地平面的横向剖面呈正方形。

优选地，所述地平面通过支柱与辐射面连接。

优选地，所述地平面通过至少2个支柱与辐射面连接，至少2个支柱以辐射面的中心处为圆心在圆周方向上均匀分布。

优选地，所述地平面、辐射面采用聚四氟乙烯单面覆铜板。

优选地，所述整流器包括输入接口、阻抗匹配电路、谐波滤波器、整流二极管、基频滤波器和负载，其中所述输入接口与探针的另一端电连接，输入接口通过阻抗匹配电路与谐波滤波器的输入端、基频滤波器的输入端电连接，谐波滤波器的输出端与整流二极管的阴极电连接，整流二极管的阳极与地平面电连接，基频滤波器的输出端与负载的一端电连接，负载的另一端与地平面电连接。整流器接收探针传输的微波能量后，将微波能量经过阻抗匹配电路、谐波滤波器传输至整流二极管进行整流处理，微波能量经过整流处理后形成输出电流，输出电流经过谐波滤波器的滤波作用后去除其中的谐波成分，然后提供给与基频滤波器输出端连接的负载使用。其中基频滤波器用于阻隔从输入接口馈入的微波基频能量到达负载，阻抗匹配电路用于对整流器的输入阻抗进行匹配，使得微波能量能够充分馈入整流器。