[發明專利]微波能量轉換裝置

有效

• 申請號: 201210521544.3
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN102969805A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 黃卡瑪;楊陽;陳倩;劉長軍;陳星;郭慶功;閆麗萍;趙翔;楊曉慶
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術領域

本發明涉及微波傳輸能量技術，特別涉及微波接收和整流技術。

背景技術

微波傳輸能量不僅可以用于空間太陽能電站向地面輸送電能，也可用于從地面向空間飛行器供能。該技術還可以在架線困難的地區傳輸電力，前景十分廣闊。微波傳輸能量通常需要將微波能量轉換為電能，其中將微波能轉換為電能的微波整流器是微波傳輸能量系統的核心器件之一。早在1899年，Tesla在Wardenclyffe進行了無線功率傳輸的實驗。19世紀60年代，Brown提出了微波輸能和整流天線的概念，并于1963年成功研制了第一個整流天線。現階段最常用的微波整流技術是微波二極管整流。但微波二極管整流存在功率容量小、微波二極管易被擊穿、產生高次諧波等影響系統性能的問題。此外，雖然現有的二極管整流天線看似為一體，既能夠接收微波，又能夠整流，但實質上微波接收天線和微波整流電路是各自獨立的兩部分，且為了做到整流電路與天線的匹配以及抑制二極管產生的高次諧波，整流電路的設計往往非常復雜，這大大的提高了設計難度，且重量和體積也難以控制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是針對現有技術微波整流裝置結構復雜，設計難度高的缺點，提供一種微波接收和微波整流的裝置，將微波能量轉換為電流輸出。

本發明解決所述技術問題，采用的技術方案是，微波能量轉換裝置，包括微波接收單元和微波整流單元，其特征在于，所述微波接收單元和微波整流單元由半導體塊構成，所述半導體塊上設置有歐姆接觸電極，用于輸出半導體塊產生的直流電流，所述歐姆接觸電極設置在半導體塊沿微波傳輸方向的兩端。

本發明根據微波霍爾效應的原理，首次提出了利用半導體體效應對微波進行整流的方法。我們稱之為半導體體效應微波整流法。該方法與傳統二極管結效應整流原理不同，采用微波霍爾效應的原理在半導體上產生整流效應，因此不需要復雜的天線和電路設計，微波接收和整流同時在半導體塊上完成。

通過理論推導和實驗研究，我們在不使用外加磁場的情況下，也發現了微波作用于半導體依然可以產生霍爾效應，從而在半導體沿坡印廷矢量方向（微波傳輸方向）上產生直流電壓，于是我們想到利用該原理來做微波整流。該方法利用平面波的電場分量在單極型（空穴型或電子型）半導體上感應出一個與電場方向相同的電流，形成這個電流的載流子又在磁場分量的作用下受到沿坡印廷矢量方向的洛侖茲力，從而在半導體沿坡印廷矢量方向上產生一個霍爾電壓。當電場和磁場同時反向時，洛侖茲力的方向不變，所以霍爾電壓的方向不變，這樣便可在半導體沿坡印廷矢量方向的兩端產生一個持續的直流電壓。根據以上原理可見，本發明接收微波和整流都同時由半導體完成，所以不需要像傳統的整流天線一樣由天線和電路兩部分構成，大大簡化了設計難度，體積和重量也更容易控制，成本也相應降低。

所述歐姆接觸電極為金屬電極。

所述金屬電極通過濺射工藝或涂敷工藝形成。

半導體塊歐姆接觸電極的作用是便于通過導線連接，將半導體塊產生的直流電流輸出。歐姆接觸電極通常可以采用金屬材料，通過濺射工藝或涂敷工藝制作在半導體塊沿坡印廷矢量方向的兩端形成歐姆接觸電極。

所述半導體塊為本征半導體塊。

所述半導體塊為摻雜半導體塊。

半導體塊可以采用本征半導體塊或摻雜半導體塊。一定的參雜濃度可以提高半導體塊的整流效率，隨著參雜濃度的提高，半導體的性質也在發生改變即更傾向于金屬的特性，因此高參雜的半導體整流效率反而會降低。

所述半導體塊數量為N個，具有相同結構，其歐姆接觸電極通過導線連接，使半導體塊產生的直流電流并聯和/或串聯輸出；N為正整數，N≥2。

由于單個半導體塊的在微波作用下產生的霍爾電壓非常低，電流非常小，通常可以將很多個半導體塊進行串聯，以提高輸出電壓；或將很多個半導體塊進行并聯以提高輸出電流。采用結構相同的半導體塊，其電路參數、產生的電壓和電流基本上相等，方便進行各種連接和后續處理，如進行逆變并網等。

所述N個半導體塊布置在同一平面上。

所述平面與微波傳輸方向垂直。

將N個半導體塊布置在同一平面（或基板）上，并使該平面與微波傳輸方向垂直，可以提高微波能量轉換效率，最大限度的接收微波能量。當然N個半導體塊也可以布置在非平面物體的表面，如布置在飛行器等的表面，用于接收發射站通過微波傳輸的能量。

所述N個半導體塊平均布置在M個平面上，M為正整數，M≥2。