[實用新型]新型微波無線輸能系統

有效

• 申請號: 201721039822.6
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN207218384U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 文舸一;楊孝東
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02J50/23;H02J50/27
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本實用新型屬于天線領域，具體地指一種新型微波無線輸能系統。

背景技術

早在上世紀六十年代，人們就基于微波輸能技術提出了太陽能空間發電站的概念。在太陽能空間發電站領域，國外做了大量研究。與傳統的輸能方式相比，微波輸能技術有其獨特的優勢，如無需傳輸介質、速度快和損耗小和易于重新布局等。微波輸能也可用于建筑中的無線配電系統以及用微波充電的汽車和飛行器等。

為了提高微波無線輸能系統的傳輸效率，人們嘗試了各種方法來優化發射天線陣列，以提高微波輸能系統的效率、性能以及穩定性。2016年，Gowda等人提出了基于輻射近場區的微波輸能系統,該系統以8×8陣列作為發射天線，以4×4陣列作為接收天線，工作在5.8GHz頻段。在發射天線與接收天線相距40cm時，傳輸效率達到33.4％。但是現有的設計方法都是通過對發射天線進行優化，使得發射天線發射的能量聚焦在接收天線上，而沒有考慮到對接收天線的優化設計，所以現有方法均未將發射天線和接收天線之間的功率傳輸效率達到最大化，效率仍可進一步提高。同時現有設計方法也均無法給出傳輸效率理論上的最大值。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服上述不足提供一種新型微波無線輸能系統。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種新型微波無線輸能系統，包括矢量網絡分析儀、射頻放大器、發射天線陣列、接收天線陣列和頻譜儀，所述矢量網絡分析儀的信號輸出端與射頻放大器的信號輸入端相連，所述射頻放大器的信號輸出端與發射天線陣列的信號輸入端相連，所述發射天線陣列的信號輸出端與接收天線陣列的信號輸入端相連，所述接收天線陣列的信號輸出端與頻譜儀的信號輸入端相連。

所述頻譜儀的型號為安捷倫N9010A。

所述射頻放大器的型號為AV3860C。

所述矢量網絡分析儀為安捷倫N9918A。

本專利采用了全新的設計方法，該方法同時對發射天線和接收天線進行優化設計，實現發射天線和接收天線之間的雙向聚焦，從而實現最大化的傳輸效率。同時該方法可以直接給出傳輸效率理論上的最大值。本專利中采用微帶天線作為單元完成了微波無線輸能系統的設計(本專利采用與Gowda等人類似的微帶貼片形式，從而與他們取得的成果進行對比。但并不限定微帶貼片形式，甚至于單元天線形式，設計方法完全通用)。與Gowda等人取得的效率相比，本設計僅用一半的發射單元數量以及更小尺寸的發射和接收天線陣列將傳輸效率提高了25.7％。36單元發射天線以及16單元接收天線具有較小尺寸21.6cm×21.6cm×1.524cm、15cm×15cm×1.524cm，在40cm的傳輸距離上達到了42％的傳輸效率；64單元收發天線尺寸28cm×28cm×1.524cm(該系統中發射天線和接收天線是相同的)，在100cm的傳輸距離上達到了46.9％的傳輸效率。

附圖說明

圖1是本專利微帶單元尺寸圖。

圖2是本專利36單元發射天線實物圖。

圖3是16單元接收天線實物圖。

圖4是本專利64單元發射天線與接收天線實物圖。

圖5是本專利微波無線輸能系統圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例進一步說明本實用新型。

本專利以能量傳輸效率最大化理論為基礎。作為例子，所設計的微波無線輸能系統工作在5.8GHz(本專利不限于特定頻率。頻率改變時，設計方法類似)。第一個系統采用6×6貼片陣列作為發射天線，4×4貼片陣列作為接收天線，傳輸距離為40cm。該系統實測的傳輸效率達到42％。第二個系統采用兩個相同的8×8貼片陣列作為收發天線，兩天線相距100cm，傳輸效率達到46.9％。本專利設計的兩個微波無線輸能系統均達到目前同類設計中最好的結果。本專利中微波無線輸能系統收發陣列的單元數目并非限定，任意單元數目的發射天線和接收天線都是可以的，均能夠利用能量傳輸效率最大化理論完成微波無線輸能系統的設計。

本專利采用微帶天線作為陣元，將貼片單元排列在介質基板上，由于基板上的等效半波波長要小于空氣中半波波長，所以這樣既有效的減小了陣列天線的尺寸，又易于天線陣列和饋電網絡的加工，制作簡單，成本低廉。