[發明專利]一種緊耦合的整流超表面陣列

在審

• 申請號: 201910345966.1
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110098473A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 李龍;陳佳寧;張軒銘;張沛;洪向宇;楊宏;蔣志頎
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q21/06;H01Q23/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 楊春崗;王品華

本發明公開了一種緊耦合的整流超表面陣列，包括周期性排列的M×N個輻射單元，其中，M，N為正整數，M，N大于等于2；每個輻射單元自上而下依次包括金屬貼片、介質基板、和金屬地板，每個金屬貼片由四個相同的整流二極管和山型槽結構組成，所述山型槽結構由凹陷槽和矩形枝節組成，且位于金屬貼片中部邊緣的一側，所述矩形枝節的一端與金屬貼片連接成一體，另一端與整流二極管串行連接后，再與其相對應的矩形枝節相連接，把超表面陣列和整流二極管集成到同一平面，從而實現輻射單元的級聯，以提高直流輸出功率；本發明可用于實現電力電子設備的無線能量供給。

技術領域

本發明屬于電子科學與技術領域，具體涉及一種緊耦合的整流超表面陣列，可用于實現電力電子設備的無線能量供給。

背景技術

隨著電子信息技術和人工智能的發展，數以萬計的通信設備和動力電子設備單純依靠電池提供能量，不僅會造成環境污染，也無法滿足持續工作的要求。因而需要新的供電方式，無線功率傳輸和電磁能量收集作為一種能源供給方式，可實現無線充電，因其具備全時，全向和作用距離遠等優點，近年來正得到積極關注。

電磁能量收集可以通過超表面加上整流電路實現。電磁超材料是指具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合結構，而超表面是一種二維結構的電磁超材料，其具有結構簡單，體積小，低剖面，單位面積能量收集效率高，多角度，多極化等優點。而整流電路是一種基于整流二極管的單向導通性把交流信號轉換為直流信號的電路結構，它的結構形式比較豐富，在通信系統及電磁能量收集系統中均是必備部分，尤其在電磁能量收集應用中，電路結構形式和整流二極管的選取都會直接影響能量轉換效率。

四川大學在其申請的名稱為“超材料整流表面”(申請號201610829806.0，公布號106410395A)專利文獻中，提出了一種超材料整流表面，包括介質基板、微帶結構單元和整流單元；微帶結構單元布置在基板正面，整流單元布置在基板背面；微帶結構單元接收電磁波能量并傳輸到對應的整流單元，微帶結構單元由微帶縫隙和/或微帶貼片構成，該發明可高效接收正面入射的電磁波能量。但是，該裝置存在的不足之處是：1)由于每一輻射單元的整流電路與超表面是獨立設計的，整體結構不夠簡單2)由于整流電路相互獨立，沒有通過結構級聯提升二極管的承受電壓，導致該結構無法適應高功率環境。

上海大學在其申請的名稱為“一種雙極化方向回溯整流天線陣列”(申請號：201711274062.1，公開號：108281774A)專利文獻中提出了一種雙極化整流天線陣列，該結構包括上層介質層、中層金屬地板、和下層介質層，在上層介質層上設有輻射貼片，在中層金屬地板上設有耦合縫隙，在下層介質層上設有微帶饋線。輻射貼片、耦合縫隙及微帶饋線組成雙極化方向回溯天線陣列。同時，在下層介質層上設置有整流電路，微帶饋線與整流電路的輸入端微帶線相連，其寬度相同。該結構雖能接收不同極化的電磁波能量，但仍然存在的不足之處是：由于該結構中的整流電路相互獨立，沒有通過結構級聯實現功率疊加，無法提升二極管的承受功率及承受電壓，所以該結構輸出功率不足。

綜上所述，目前電磁能量收集面臨的主要問題是，由于存在輻射單元相互耦合及電磁干擾的問題，導致電磁能量收集系統的輸出功率普遍較低，也無法實現整體結構的緊湊性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種緊耦合的整流超表面陣列，以提高輸出直流功率和結構緊湊性，可用于實現電力電子設備的無線能量供給。

本發明的技術思路是：通過緊耦合的超表面陣列接收電磁能量，該電磁能量通過整流二極管進行整流，把交流信號轉換為直流信號，通過結構級聯的方式實現直流功率疊加以提高輸出功率，具體實現方案如下：