[发明专利]一种一体化射频能量接收装置

说明书

本发明公开了一种一体化射频能量接收装置，属于无线能量传输技术领域。其包括射频整流输出模块和射频能量接收天线阵列；射频整流输出模块为载有射频整流电路的介质板，射频能量接收天线阵列为二元PIFA阵列；二元PIFA阵列包括金属地层以及两个辐射单元，两个辐射单元的对端均向下弯折并分别向各自方向内勾，两个辐射单元的外端分别通过一短路金属片与金属地层连接，两个辐射单元均连接有同轴馈线；两个同轴馈线分别通过各自的阻抗匹配微带线与各自的射频整流电路连接，两个射频整流电路在输出端汇聚后连接负载。该装置集成度高、结构紧凑、体积小巧，其将阵列天线技术应用于整流天线中，可以有效提高射频能量收集系统的整体效率。

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，特别是指一种一体化射频能量接收装置。

背景技术

无线携能通信技术可以实现无线信号和射频能量的同时传输，即在与无线设备进行信息交互的同时，为无线设备提供能量，是一种新型的无线通信类型。无线携能通信中的射频能量收集技术是无线能量传输的实现技术之一，相较于磁感应式无线能量传输方式，主要用于实现远距离无线能量传输，提高射频能量收集效率是保证无线射频能量传输的关键途径。

现有技术中，主要通过整流天线收集射频能量，即将空间中的电磁波收集到接收端射频电路上，经过整流滤波转换成直流能量进行供电。射频接收天线和整流电路是射频无线充电系统的关键组成部分，其性能直接关系到射频能量传输系统的输入功率范围、频率宽带、负载范围、效率和输出电压幅度，进而影响整个射频能量收集系统的经济实用性评价。

目前，多数射频能量接收系统通过一对SMA接口将占用体积较大的接收天线和整流电路连接起来，体积较大，形状各异，不利于应用到各种便携式无线电子设备中。如果单独设计射频接收天线和整流电路，会使得无线电子设备的接收系统变得庞大复杂，并且天线与高频电路之间的耦合将会影响天线性能和整流电路的效率，从而影响射频能量手机系统的性能。为此，可将天线和整流电路集成在一起进行设计，这样不仅能大大减小系统的尺寸和重量，同时还可以有效提高射频转换效率，为无线电子设备提供稳定持续的可用电能。

提高射频能量接收系统整体效率的关键是提高天线接收性能和电路整流效率。针对提高天线接收性能方面，在通信天线优化中，提高天线增益的主要方法是MIMO技术和阵列天线技术，该方法同样适用于天线的能量接收领域。单个天线收集射频能量的性能有限，接收到的射频能量也较低，通过天线阵列设计能够有效提高射频能量采集装置的整体采集量。申请号为201711078562的中国专利提出了一种一体化、小型化的同轴馈电圆极化整流天线单元，但该发明中并未考虑阵列组成问题。

总之，现有技术中普遍存在环境射频能量密度不高、射频能量收集整体效率不高的问题，制约了无线能量传输技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种一体化射频能量接收装置，该装置具有集成度高、结构紧凑、体积小巧的特点，其将阵列天线技术应用于整流天线中，可以有效提高射频能量收集系统的整体效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一体化射频能量接收装置，包括射频整流输出模块和射频能量接收天线阵列；所述射频整流输出模块为载有射频整流电路的介质板，所述射频能量接收天线阵列为二元PIFA阵列；所述二元PIFA阵列包括位于介质板上表面的金属地层以及位于金属地层上方的两个结构相同、高度相同的辐射单元，两个辐射单元的对端均向下弯折并分别向各自方向内勾，两个辐射单元的外端分别通过一短路金属片与所述金属地层连接，此外，两个辐射单元还分别连接有各自的同轴馈线，所述同轴馈线向下延伸并穿过介质板；两个同轴馈线分别通过各自的阻抗匹配微带线与各自的射频整流电路连接，两个射频整流电路在输出端汇聚后连接负载。

进一步的，所述辐射单元上具有两个嵌套的U型镂空槽，且两个U型镂空槽的开口均朝向本辐射单元的外端，内部U型镂空槽的口部突出于外部U型镂空槽之外。