[發明專利]一種基于超表面的電磁能量收集器

有效

• 申請號: 202010574397.0
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111682649B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 徐敏;丁帥;羅小敏
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J50/00
• 分類號: H02J50/00;H02J50/20
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發明公開了一種基于超表面的電磁能量收集器，包括上層金屬層、下層金屬層、金屬通孔、位于上層金屬層和下層金屬層之間的介質層；上層金屬層上包括四個相同的U形槽方形貼片，四個相同的U形槽方形貼片之間旋轉對稱；下層金屬層上開設圓形孔，圓形孔的位置與U形槽方形貼片的中心位置重合；金屬通孔設置于每個U形槽方形貼片的幾何中心位置，并貫穿介質層，垂直于下層金屬層；金屬通孔底端和下層金屬層之間連接電阻。本發明在5.8GHz具有十分好的能量吸收能力、極化不明感以及角度穩定性，且可針對復雜的電子環境，用于微波輸能及環境電磁波的收集。

技術領域

本發明屬于收集器的技術領域，具體涉及一種基于超表面的電磁能量收集器。

背景技術

在18世紀，Nicola Teslas成功地證明了無線電力傳輸(WPT,Wireless PowerTransfer)的實用性。60年后，第一個以微波狀態運行的WPT系統由布朗演示。在WPT系統中，直流電源被饋送到發送電路，將其轉換為交流電。然后將AC信號饋送到天線，該天線通過空間將能量傳輸到遠程接收系統(整流天線)，該遠程接收系統收集RF能量并將其轉換為可用的DC功率。整流天線是用于將微波能量轉換為直流電源的WPT系統的接收成分，它通常由三部分組成：天線、匹配網絡以及整流電路。整流天線廣泛應用于遙感、RFID標簽和能量收集等領域。其中，天線起到至關重要的作用。

2012年，Omar M.Ramahi等人提出在傳統的開口諧振環(SRR)的開口處加載電阻來收集能量，這為利用超材料收集電磁能量提供了可能，自此展開了超表面收集電磁能量的研究。近年來，國內外學者們對基于超材料的能量收集器進行了大量研究，包括對寬帶、多頻、多極化、寬入射角電磁波的吸收。能量收集器是收集電磁能量，然而絕大多數能量被消耗在介質基板和金屬中，不能回收再利用。

中山大學申請的專利“一種基于W I F I頻段的微帶整流天線”(申請號：201510115925.5)，該專利公開的技術方案是采用常規微帶天線作為能量收集裝置，天線的結構尺寸較大，不利用系統的集成小型化。

上海大學申請的專利“基于四重旋轉對稱結構的超材料電磁能量收集裝置”(申請號：201610093112.5)，該專利公開的技術方案采用多個負載電阻的方式收集無線能量，負載電阻的個數較多，從而需要的整流電路個數多，增加了系統的設計復雜度，以及帶入了較大的損耗，不利于實際應用。

西安電子科技大學申請的專利“基于電磁超表面的環境射頻微能量收集裝置”(申請號：201610470948.2)，該專利設計的超表面電磁結構采用單層介質層，實現了結構簡單緊湊，能夠在入射電磁波為任意極化方式，寬角度入射范圍內保持較高的能量收集效率，但是能量卻并沒有在電阻中消耗。

電子科技大學申請的專利“基于超表面結構的無線能量收集裝置”(申請號：201910021793.8)，該專利公開的技術簡化了現有能量收集裝置的結構，降低了能量收集裝置的制作成本，同時有效提高了能量收集裝置的效率；但是無法在入射電磁波為任意極化方式，寬角度入射范圍內保持較高的能量收集效率。

綜上分析，目前空間無線能量收集面臨的主要問題如下：

1)常規整流天線的尺寸較大，不能滿足無線能量收集裝置小型化的需求；

2)現有的超表面結構較復雜，能量不能引出在負載中消耗。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種基于超表面的電磁能量收集器，以解決常規整流天線的尺寸較大，不能滿足無線能量收集裝置小型化的需求，以及現有的超表面結構較復雜，能量不能引出在負載中消耗的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于超表面的電磁能量收集器，其包括上層金屬層、下層金屬層、金屬通孔、位于上層金屬層和下層金屬層之間的介質層；