[發明專利]一種雙極化雙孔式電磁能量收集器

在審

• 申請號: 202310339413.1
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116317208A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 劉寧;劉祥焱;李曉;丁浩勇;盛賢君;王克欣
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張闖;李洪福

本發明提供一種雙極化雙孔式電磁能量收集器，所述能量收集器包括能量收集單元，第一金屬化過孔和第二金屬化過孔軸向貫穿所述能量收集單元，所述能量收集單元包括由上向下同軸依次設置的導電結構層、中間介質基板和導電金屬板；所述導電金屬板內設置有分別安裝在所述第一金屬化過孔和所述第二金屬化過孔內的第一負載電阻和第二負載電阻；所述導電結構層呈具有四個缺口的正方形。本發明采用了x向和y向方向兩個金屬化過孔的結構，能高效率地獨立收集兩極化狀態下的電磁能量，彼此過孔之間無影響。且利用導電結構層的特殊結構使電流大量匯聚在過孔處，實現高效收集電磁能量。

技術領域

本發明涉及電磁能量收集技術領域，具體而言是一種雙極化雙孔式電磁能量收集器。

背景技術

隨著科技的進步與發展，周圍空間中分布這各種頻段和不同密度的電磁信號，不同頻段的信號起到不同的作用，不同密度的信號取決于使用程度。例如，頻率范圍為2.4GHz-2.4835GHz是WIFI頻段，人們通常使用的無線路由器處于該頻段，致使其使用程度較高，在空間中的分布較于其他頻段廣泛。科技的發展促使空間中無線設備的數量增多，此類設備需保持長時間運行且不間斷供電，傳統電池不足以維持其運行狀態。電磁能量收集為解決此問題提供了一種新方式，電磁波因除攜帶相應的信息外還攜帶有一定功率等級的電磁能量而被廣泛關注，通過簡單的裝置即可對電磁能量進行收集、轉換和存儲。最早在20世紀，Nikola?Tesla提出使用電磁波進行無線能量傳輸并進行了實驗，電磁能量收集器隨即受到了廣泛關注。

頻率選擇表面是一種超材料微結構單元按照周期性排列組成的人工電磁裝置，擁有良好的電磁調控特性，如透波特性和吸波特性。利用頻率選擇表面設計的能量收集器通常由底層導電金屬板、中間介質基板、表面導電結構層以及金屬化過孔構成。在入射電磁波的共振頻率下，收集器的表面阻抗與自由空間中的波阻抗達到匹配，獲得最大能量收集效率。不同于普通吸波器，該收集器是收集電磁能量而非耗散。目前，研究人員已經提出多種利用頻率選擇表面設計出的能量收集器，但這些結構仍有不足，比如主要包括單孔結構的收集器不具備普適性及不便于一同收集不同極化狀態下的電磁能量，多數量過孔彼此間存在耦合，會間接影響電磁能量的收集效率，大角度入射時出現能量收集效率驟降以及不能對不同極化電磁波能量的同時收集。

發明內容

根據上述技術問題，而提供一種雙極化雙孔式電磁能量收集器。

本發明采用的技術手段如下：

一種雙極化雙孔式電磁能量收集器，所述能量收集器包括能量收集單元，第一金屬化過孔和第二金屬化過孔軸向貫穿所述能量收集單元，所述能量收集單元包括由上向下同軸依次設置的導電結構層、中間介質基板和導電金屬板；所述導電金屬板內設置有分別安裝在所述第一金屬化過孔和所述第二金屬化過孔內的第一負載電阻和第二負載電阻；

所述導電結構層呈具有四個缺口的正方形，四個所述缺口分別位于所述正方形的四個角處，所述正方形的相鄰兩邊中，其中一邊平行于x軸，另一邊平行于y軸；所述缺口包括位于所述角處的頂部開口、位于所述角處對角線兩側的兩個側壁、靠近所述正方形中心的底壁、將所述底壁和所述側壁連接的連接壁；兩個所述連接壁中，其中一個所述連接壁平行于x軸，另一個所述連接壁平行于y軸；所述側壁與其所靠近的所述對角線之間的距離，由所述頂部開口至所述底壁逐漸增大；

所述第一金屬化過孔和所述第二金屬化過孔分別位于相鄰兩個所述缺口的兩個底壁之間處，且所述第一金屬化過孔的中心與所述導電結構層的中心連線平行于x軸，所述第二金屬化過孔的中心與所述導電結構層的中心連線平行于y軸。

優選地，所述能量收集器包括多個所述能量收集單元，且多個所述能量收集單元呈陣列式排布，且所述能量收集器在x軸上的所述能量收集單元數量與在y軸上的所述能量收集單元的數量相同，相鄰兩個所述能量收集單元之間具有間隙。

優選地，所述中間介質基板和所述導電金屬板均為邊長為26mm的正方形。