[發明專利]一種雙頻率接收天線及雙頻率整流天線

有效

• 申請號: 201310416420.3
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103474778A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 楊雪松;盧萍;王秉中
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q13/10;H01Q5/01;H01Q1/48
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

????本發明屬于無線電能傳輸領域的天線技術，具體涉及一種雙頻率接收天線及雙頻率整流天線。

背景技術

無線電能傳輸，即電能不通過輸電線進行能量傳輸的技術，能夠使人們擺脫電線的約束。無線充電傳輸方式一般可分為電磁感應式，磁場共振式，電波輻射式三種。其中，電波輻射式又稱為微波輸能（MPT），即電能轉換成微波以輻射傳輸供電，適合遠距離傳輸。1899年，“特斯拉線圈”的問世，為MPT的發展埋下了種子。近代MPT實驗完成于1964年，在2.45GHz下用微波驅動直升機，極大地促進了世界各國對MPT技術的研究。1968年，美國開始了空間太陽能發電衛星(SSPS)計劃。MPT在無線電能傳輸中起到了舉足輕重的作用，具有巨大的發展前景，廣泛應用于電子，醫療，軍事等許多領域，受到國內外越來越多的關注。

MPT有下面三個過程：1)微波的產生；?2)微波的發射和傳播；3)微波的接收和轉換。在整個MPT系統中，主要裝置是整流天線，它能夠完成MPT的第三個過程，即接收微波并將其轉換成直流電。

整流天線是由接收天線與整流電路共同組成的一種新型天線，廣泛地運用于微波輸能系統中，其主要由接收天線、前置濾波器、整流電路，后置濾波器以及匹配電路組成。在MPT的快速發展下，各種形式的整流天線不斷提出。由于頻率為2.45GHz的微波在空間傳輸時衰減最少，因此在最初的MPT中都是用該頻率。1970年無線輸電的先驅W.?C.?Brown?以鋁條做半波偶極子和傳輸線，采用肖特基勢壘二極管和橋式整流方式，在頻率為2.45GHz時，獲得了76%的整流效率。由于鋁條整流天線接收功率大、質量大，為了減輕重量與節約金屬材料，從20世紀80年代開始，印刷電路接收整流天線成為研究的重點。1982年，?W.C.?Brown展示的印刷薄膜天線，整流效率達到了85%。目前，工作在2.45GHz下的整流天線技術比較成熟，能夠輸出高于65%以上的直流能量。鑒于頻率為2.45GHz時系統的尺寸太大，成本偏高，為了減小天線的尺寸，工作于5.8GHz和35GHz的整流天線也相繼出現。Tae-Whan?Yoo,?Kai?Chang等人對頻率為35GHz的整流天線進行了詳細的研究，發現工作在35GHz下的整流天線雖然可以減少天線尺寸和傳輸較遠的距離，但是其造價昂貴，效率很低使它的應用受到了限制。然而，工作在5.8GHz下的整流天線不僅具有尺寸小的特點，并且還具有高效率傳輸，衰減小，造價低，更高的頻率范圍等優點，受到越來越多的青睞。S.?S.?Bharj,?R.?Camisa等提出了第一個工作于5.87GHz下的C波段整流天線，其轉換效率可高達80%。而后，美國航空航天局就把5.8GHz作為MPT的首選頻率，頻率為5.8GHz的高效率整流天線也成為了研究熱點。

目前，實現雙頻率和小型化成為了整流天線新的發展趨勢。由于頻率資源的緊缺現象日趨嚴重，雙頻整流天線這個新興概念的提出，可以緩解這一問題，因此近年來得到了人們的重視。人們對雙頻整流天線的研究時間還不長，所取得的成果也不太多，而兩個頻率之間相互影響導致的低整流效率，卻已經成為了制約雙頻率整流天線發展的一個障礙，給天線設計者帶來了新的挑戰。隨著集成電路技術和半導體技術的發展，MPT技術在低功耗電子設備中的應用得到了廣泛關注。為了得到緊湊結構的整流天線，許多帶有濾波結構的新型接收天線得到了設計者的青睞。近幾年，人們對這種結構形式的天線陣列進行了研究，如Fu-Jhuan?Hang,?Tzong-Chee?Yo等人在文章“Design?of?circular?polarization?antenna?with?harmonic?suppression?for?rectenna?application”，設計了一個頻率為2.45GHz的圓極化天線作為接收天線，此天線具有抑制諧波的作用，可以很好地抑制二次、三次諧波，起到了輸入濾波器的作用，這樣就可將輸入濾波器結構去掉，從而減小整個整流天線的尺寸。現有的技術的整流天線主要有以下幾種。