[发明专利]一种无线能量传输系统

说明书

本发明提供一种传输效率提高的无线能量传输系统，包括结构一致的发射天线和接收天线；所述发射天线和接收天线均包括PCB基板、介质板、地板、以及相同的16个矩形金属贴片；所述地板贴附于PCB基板下表面；所述16个矩形金属贴片贴附于PCB基板上表面，且按4×4方式等间距排布；所述16个矩形金属贴片均包含一矩形切口，并在矩形切口处分别与16根微带线连接；所述16根微带线通过15个合路器结构两两汇合，最终通过一根微带馈线引出；所述介质板与PCB基板相隔一定距离平行放置，并且所述介质板内部划分为4×4共16等份的介质小块。本发明的无线能量传输系统通过添加分块的介质层能够有效地提高无线能量传输系统的能量传输效率。

技术领域

本发明涉及天线与电波传播技术领域，具体而言，涉及一种传输效率提高的无线能量传输系统。

背景技术

近年来，无线能量传输技术在军事、医疗和消费电子产品等领域受到了越来越多的关注，以辐射电磁波为载体的无线能量传输技术也成为了研究的热点。此种无线能量传输系统中包含发射天线和接收天线。在传输时，射频能量由发射天线以电磁波形式辐射到自由空间，再由接收天线把能量采集下来。由于天线具有互偶的特性，因此收发天线可以选择为同样的结构。能量传输效率是无线能量传输系统的一个重要指标，因此用作能量传输的天线需特别设计。天线辐射出的电磁波区域根据距离的远近可分为近场区和远场区，可以根据远场条件公式来判断无线能量传输系统工作在何种场区。在这两种场区，电磁波传播的特性不同，对应的收发天线设计方法和原理也有所不同。

无线能量传输系统中的发射天线和接收天线均为单端口器件。设发射天线的输入端为端口1，接收天线的输出端口为端口2，则无线能量传输系统的性能可由两端口散射参数(S参数)来表征。端口1的回波损耗由S11 来表征，端口2的回波损耗由S22来表征，而无线能量传输系统的能量传输效率可由插入损耗S21来表征。在设计无线能量传输系统时，可以S参数为指标，尽可能地降低上述的三部分损耗。

现有的无线能量传输系统及其技术问题如下：

1、电磁波在自由空间传播时，能量损耗与传播距离的平方成正比，能量衰减极快导致无线能量传输系统的能量传输效率较低，需要有一定的技术方法来提高效率。

2、为提高无线能量传输效率，可增大收发天线的口径，但这会使得收发天线工作在近场区，而在近场区天线设计方面无较为系统成熟的理论规律可循。

3、通常设计的天线是工作在远场区的，将这远场天线放置于近场条件下进行无线能量传输，其能量传输效率需采用一定的技术方法来优化提高。

发明内容

本发明旨在提供一种传输效率提高的无线能量传输系统，以解决上述现有的无线能量传输系统存在的问题。

本发明提供的一种传输效率提高的无线能量传输系统，包括结构一致的发射天线和接收天线；所述发射天线和接收天线均包括PCB基板、介质板、地板、以及相同的16个矩形金属贴片；所述地板贴附于PCB基板下表面；所述16个矩形金属贴片贴附于PCB基板上表面，且按4×4方式等间距排布；所述16个矩形金属贴片均包含一矩形切口，并在矩形切口处分别与16根微带线连接；所述16根微带线通过15个合路器结构两两汇合，最终通过一根微带馈线引出；所述介质板与PCB基板相隔一定距离平行放置，并且所述介质板内部划分为4×4共16等份的介质小块。

在一个优选实施例中，所述发射天线和接收天线平行相对放置，并且两者相隔30cm。

在一个优选实施例中，所述介质板与PCB基板的横截面尺寸一致。

在一个优选实施例中，所述介质板与PCB基板相隔1cm。

在一个优选实施例中，所述PCB基板为Rogers RO4003介质基板。

在一个优选实施例中，所述PCB基板的厚度为32mil。