[發(fā)明專利]一種能量信息并行傳輸整流天線陣列

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711274068.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN108199151A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊雪霞;李凌峰;邱厚童;周華偉;王燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q21/00
• 分類號(hào): H01Q21/00;H01Q23/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明涉及一種能量信息并行傳輸整流天線陣列，包括縫隙耦合角饋雙極化微帶天線陣列和微帶整流電路；所述微帶整流電路布置在微帶天線陣列的相鄰的兩個(gè)側(cè)邊，所述微帶天線陣列的能量輸出端口與微帶整流電路的輸入端通過(guò)SMA連接器連接；以上部分均采用印刷電路，整體制作在雙面覆銅板的介質(zhì)基片上。該能量信息并行傳輸整流天線陣列通過(guò)非等分功率分配微帶網(wǎng)絡(luò)，采用多個(gè)端口進(jìn)行整流，在保證信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)盡可能多的能量傳輸，以使整流電路具有高轉(zhuǎn)換效率以及高輸出功率。該整流天線陣列可用于醫(yī)療和城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)及軍事探測(cè)等的無(wú)線供能方面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域，特別是一種能量信息并行傳輸整流天線陣列。

背景技術(shù)

微波輸能（MPT：Microwave Power Transmission）技術(shù)打破了能量通過(guò)電纜傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)模式，以微波為載體將其進(jìn)行無(wú)線傳輸，提供了一種新的傳輸方式。19世紀(jì)末，美國(guó)科學(xué)家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）首先提出微波輸能的概念。而近代微波輸能技術(shù)始于上世紀(jì)六十年代，首先被用于高功率場(chǎng)合，包括微波驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)、高空永久作業(yè)平臺(tái)（即現(xiàn)在的近空間浮空器）供電、復(fù)雜地面環(huán)境輸電、太陽(yáng)能衛(wèi)星輸電、中小功率的工業(yè)用電等。特別是美、日等國(guó)太陽(yáng)能衛(wèi)星計(jì)劃的逐步推進(jìn)和各國(guó)對(duì)空間技術(shù)和信息技術(shù)的高度重視，MPT技術(shù)在近50年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。采用微波輸能的方式突破了傳統(tǒng)采用電池供電的局限，大大延長(zhǎng)了無(wú)線傳感器的使用壽命，從而進(jìn)一步減少了技術(shù)人員對(duì)傳感器的維護(hù)與更換工作。近年來(lái)，由于無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，可用頻譜資源不斷緊張，大量的發(fā)射功率在傳輸過(guò)程中被浪費(fèi)。人們希望在無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)能夠有效地利用發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)微波輸能與無(wú)線通信技術(shù)的結(jié)合。能量信息并行傳輸由此被提出。能量與信息并行傳輸系統(tǒng)前景廣闊，用于醫(yī)療與城市通信設(shè)備的監(jiān)測(cè)以及軍事探測(cè)等同時(shí)要求無(wú)線通信與遠(yuǎn)程能量傳輸?shù)念I(lǐng)域，還可用于便攜式無(wú)線充電設(shè)備的通信與充能。

整流天線是實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。在能量與信息并行傳輸系統(tǒng)中，整流天線與用電設(shè)備集成或附著于用電設(shè)備。為了適應(yīng)電子設(shè)備小型化和便攜式的需求，需要整流天線體積小、重量輕，而微帶整流天線剖面低，采用平面印刷工藝，滿足小型化的要求。目前的能量信息并行傳輸系統(tǒng)的研究中一般采用多天線系統(tǒng)能量與信息的獨(dú)立接收，這一方面擴(kuò)大了攜能通信系統(tǒng)的體積，也增加整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。雙極化天線本身具有極化分集、收發(fā)分集，端口高度隔離等優(yōu)點(diǎn)。作為接收天線不僅能夠接收到各種極化波。還能夠在天線單元同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量與信息分別接收，縮小了整流天線的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種能量信息并行傳輸整流天線陣列，用于傳輸信息的同時(shí)，接收更多微波能量并轉(zhuǎn)化成直流電。可以在WSN節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)場(chǎng)RFID及其它電子設(shè)備進(jìn)行通信的同時(shí)，通過(guò)自然空間中的微波能量進(jìn)行供能，以擺脫電池的束縛，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的能量與信息的并行傳輸，提高輸出功率。該整流天線陣列不僅有高增益、低損耗的優(yōu)點(diǎn)，且剖面低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、適于大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下：

采用新型的雙極化縫隙耦合微帶天線陣列作為接收天線。并且采用非等分的功率分配網(wǎng)絡(luò)，在保證信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)，接收更多的能量轉(zhuǎn)化成直流能量提供給負(fù)載。應(yīng)實(shí)際應(yīng)用需求，整流電路具有低剖面、便于加工等特性。根據(jù)仿真與實(shí)驗(yàn)，二極管并聯(lián)型整流電路能夠?qū)崿F(xiàn)高整流效率，具備緊湊的尺寸容易與接收天線實(shí)現(xiàn)共型。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種能量信息并行傳輸整流天線陣列，包括縫隙耦合角饋雙極化微帶天線陣列和微帶整流電路；所述微帶整流電路布置在微帶天線陣列的相鄰的兩個(gè)側(cè)邊，所述微帶天線陣列的能量輸出端口與微帶整流電路的輸入端通過(guò)SMA連接器連接；以上部分均采用印刷電路，整體制作在雙面覆銅板的介質(zhì)基片上。