[發明專利]一種無線能量傳輸系統

有效

• 申請號: 202110245700.7
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113036412B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 卜智勇;丁華澤;張天天;胡育昱;李鳳榮;何為;趙魯陽;紀立;張質懿;楊康;李立改
• 申請（專利權）人: 成都中科微信息技術研究院有限公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

本發明提供一種傳輸效率提高的無線能量傳輸系統，包括結構一致的發射天線和接收天線；所述發射天線和接收天線均包括PCB基板、介質板、地板、以及相同的16個矩形金屬貼片；所述地板貼附于PCB基板下表面；所述16個矩形金屬貼片貼附于PCB基板上表面，且按4×4方式等間距排布；所述16個矩形金屬貼片均包含一矩形切口，并在矩形切口處分別與16根微帶線連接；所述16根微帶線通過15個合路器結構兩兩匯合，最終通過一根微帶饋線引出；所述介質板與PCB基板相隔一定距離平行放置，并且所述介質板內部劃分為4×4共16等份的介質小塊。本發明的無線能量傳輸系統通過添加分塊的介質層能夠有效地提高無線能量傳輸系統的能量傳輸效率。

技術領域

本發明涉及天線與電波傳播技術領域，具體而言，涉及一種傳輸效率提高的無線能量傳輸系統。

背景技術

近年來，無線能量傳輸技術在軍事、醫療和消費電子產品等領域受到了越來越多的關注，以輻射電磁波為載體的無線能量傳輸技術也成為了研究的熱點。此種無線能量傳輸系統中包含發射天線和接收天線。在傳輸時，射頻能量由發射天線以電磁波形式輻射到自由空間，再由接收天線把能量采集下來。由于天線具有互偶的特性，因此收發天線可以選擇為同樣的結構。能量傳輸效率是無線能量傳輸系統的一個重要指標，因此用作能量傳輸的天線需特別設計。天線輻射出的電磁波區域根據距離的遠近可分為近場區和遠場區，可以根據遠場條件公式來判斷無線能量傳輸系統工作在何種場區。在這兩種場區，電磁波傳播的特性不同，對應的收發天線設計方法和原理也有所不同。

無線能量傳輸系統中的發射天線和接收天線均為單端口器件。設發射天線的輸入端為端口1，接收天線的輸出端口為端口2，則無線能量傳輸系統的性能可由兩端口散射參數(S參數)來表征。端口1的回波損耗由S11 來表征，端口2的回波損耗由S22來表征，而無線能量傳輸系統的能量傳輸效率可由插入損耗S21來表征。在設計無線能量傳輸系統時，可以S參數為指標，盡可能地降低上述的三部分損耗。

現有的無線能量傳輸系統及其技術問題如下：

1、電磁波在自由空間傳播時，能量損耗與傳播距離的平方成正比，能量衰減極快導致無線能量傳輸系統的能量傳輸效率較低，需要有一定的技術方法來提高效率。

2、為提高無線能量傳輸效率，可增大收發天線的口徑，但這會使得收發天線工作在近場區，而在近場區天線設計方面無較為系統成熟的理論規律可循。

3、通常設計的天線是工作在遠場區的，將這遠場天線放置于近場條件下進行無線能量傳輸，其能量傳輸效率需采用一定的技術方法來優化提高。

發明內容

本發明旨在提供一種傳輸效率提高的無線能量傳輸系統，以解決上述現有的無線能量傳輸系統存在的問題。

本發明提供的一種傳輸效率提高的無線能量傳輸系統，包括結構一致的發射天線和接收天線；所述發射天線和接收天線均包括PCB基板、介質板、地板、以及相同的16個矩形金屬貼片；所述地板貼附于PCB基板下表面；所述16個矩形金屬貼片貼附于PCB基板上表面，且按4×4方式等間距排布；所述16個矩形金屬貼片均包含一矩形切口，并在矩形切口處分別與16根微帶線連接；所述16根微帶線通過15個合路器結構兩兩匯合，最終通過一根微帶饋線引出；所述介質板與PCB基板相隔一定距離平行放置，并且所述介質板內部劃分為4×4共16等份的介質小塊。

在一個優選實施例中，所述發射天線和接收天線平行相對放置，并且兩者相隔30cm。

在一個優選實施例中，所述介質板與PCB基板的橫截面尺寸一致。

在一個優選實施例中，所述介質板與PCB基板相隔1cm。

在一個優選實施例中，所述PCB基板為Rogers RO4003介質基板。

在一個優選實施例中，所述PCB基板的厚度為32mil。