[發明專利]一種微波無線能量接收系統

在審

• 申請號: 202010973900.X
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112103671A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 周湶;邢來;李劍;陳偉根;廖瑞金;杜林;王有元;陳實;王飛鵬;黃正勇;萬福;譚亞雄
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種微波無線能量接收系統，屬于天線技術領域。該系統包括微波接收陣列天線、低通濾波器、負載匹配電路、整流二極管、直通濾波器組成。微波接收陣列天線是由設計的4*4的微帶貼片天線串并聯構成，其在較小的尺寸下能夠達到較大的增益，最大輻射方向處的增益達到19.6dBi。所設計的低通濾波器能夠明顯的抑制二次以上的諧波，所設計的倍壓整流電路能在有較大的輸出效率下輸出較高的電壓，整套系統能夠平滑的輸出直流電，適用于物聯網領域傳感節點無線供電的需求。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種微波無線能量接收系統。

背景技術

近些年來，為了解決能源短缺、島嶼和荒僻山村等特殊場合供電問題，以及解決物聯網領域中監測裝置的電池頻繁更換問題，微波無線電能傳輸技術越來越受到廣泛的關注。微波無線電能傳輸是以空氣作為介質，電磁波作為能量載體，通過收發天線進行能量傳輸。相比于傳統的輸電線路電能傳輸，其可以節約成本，簡化輸電設備。其已經在多個領域得到了廣泛的應用。如人體醫療設備、機器人無線供能、太陽能空間站、傳感器無線供能等。

1899年NikolaTesla完成了人類歷史上首次微波無線電能傳輸試驗，從此打開了無線輸電技術的大門。1964年美國工程師William C.Brown發明了一款接收整流天線，用于給直升機供電，達到了270W的輸出功率。2001年，法國在留尼旺島搭成功實現10kW的電能傳輸，并實現將40m外的燈泡點亮。2015年日本科學家成功實現了將1.8kW的電能精準的傳輸到55m外的接收裝置，并期望在2040年后建成太陽能空間站，將太空中的太陽能收集轉換成電能，通過電磁波傳輸到地球，用于解決地球的能源短缺問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種微波無線能量接收系統。該微波無線能量接收系統是由4*4的微帶貼片陣列天線、低通濾波器、倍壓整流電路、直通濾波器和阻抗匹配電路組成。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種微波無線能量接收系統，包括依次連接的陣列天線、低通濾波器、阻抗匹配電路、整流電路和直通濾波器；

所述陣列天線為4*4微帶貼片天線，所述微帶貼片天線通過串并聯組合方式組合而成，結構為三層結構，最上層為金屬貼片，中間層為介質基板，最底層為金屬接地板。

可選的，所述金屬貼片的尺寸為16.3×21.5mm²，采用微帶線側饋的方式進行饋電；

所述介質基板的材料為Rogers5880，尺寸為30×40×1mm³；

所述金屬接地板的厚度為0.05mm；

可選的，所述陣列天線的尺寸為150×150×1mm³，最大輻射方向處的增益為19.6dBi。

可選的，所述微帶貼片天線的尺寸為30×40×1mm³，最大輻射方向處的增益為8.3dBi，饋電方式為側饋。

可選的，所述整流電路為一階倍壓整流電路。

可選的，所述直通濾波器為十階巴特沃斯低通濾波器。

本發明的有益效果在于：

第一，接收天線采取串并聯組合的微帶貼片天線，能夠在較小的尺寸下實現較高的增益，不影響本發明適用于物聯網領域傳感器無線供能的特點。

第二，本發明具有髙次諧波具有抑制功能，提高了整流效率。

第三，本發明可在3.5m左右的傳輸距離下保持較高的能量接收效率。