傳感器的無線能量雙頻接收裝置的製作方法

2023-07-29 16:46:46

專利名稱：傳感器的無線能量雙頻接收裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，可應用於低功耗傳感器的能量供給，具有寬頻段高效率的 特點。屬於電子信息技術領域。
背景技術：
目前能源運輸主要依賴交通工具或者高壓送電設備，需耗費大量的人力物力，在運輸過程中還存在大量的能源浪費現象。因此在50年代，人們就開始系統地研究用微波傳送能量。在美國人Brown等的倡導下，美國空軍從60年代初期開始資助他們做一些探索性的研究，並與1964年成功地演示了 S波段(2. 45GHz)微波功率驅動的直升機。該飛機通過安裝在機身上的整流天線直接從微波波束中提取高頻能量，然後將其轉換成電流，電機從整流天線中獲得200W的功率，這是微波輸能史上的一個重要的裡程碑。當前無線能量接收天線主要使用單面微帶貼片結構實現，特點是接收頻段單一，接收效率較低。

發明內容
技術問題本發明有關於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，相比較於傳統單一波段微波能量傳輸裝置，本發明的能量接收裝置具有寬頻帶、高效率的優點。技術方案根據本發明提出的微波能量雙頻接收系統，包括兩個部分，第一部分接收天線；第二部分整流電路。本發明中，接收天線採用雙面共地的微帶線結構實現。接收天線是整個微波能量接收裝置的重要組成部分，本發明設計了一個工作於s波段(2. 5-4GHz)和c波段(4-8GHz)的單饋點的圓極化微帶天線。此天線採用圓環結構，圓環內邊界開了相對的兩個縫隙，通過電磁場仿真工具優化調節縫隙大小，使得天線主模分解為兩個極化正交，幅度相等，相位差為90度線極化波，以實現圓極化特性。整流電路採用二倍壓整流電路實現，二倍壓整流電路由兩個電容，兩個二極體組成。有益效果與其他能量傳輸系統相比，本發明具有以下優點
I.小型化。因為接收天線都是用微帶線結構實現，這樣可以做在PCB板上，易於實現天線和電路一體化，攜帶方便。2.寬頻帶。將兩種不同接收頻段的天線製作在一塊PCB板上，使得接收裝置能夠同時接收s波段和c波段的微波能量，有效擴展了帶寬範圍
3.高效率。微波輸能通過自由空間將能量直接從發射端傳送到接收端，傳輸損耗只有大氣損耗和遮擋物等，在S和C波段的傳輸效率一般在90%以上，接收天線採用了圓極化技術提高了微波到直流能量轉換效率。為了讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。


圖I為微波能量傳輸系統結構圖。圖2為傳感器能量接收原理圖。
圖3為圓極化接收天線的俯視圖。圖4為圓極化接收天線剖面圖。圖5為整流電路原理圖。
具體實施例方式本發明所提出的微波能量接收裝置採用的技術方案如下。接收裝置由天線和整流電路構成。天線接收發射來的微波信號，並將微波信號傳送給後面的整流電路，通過整流電路將高頻的微波信號轉變為直流電輸出，為傳感器提供電能。整個接收裝置均設計在一塊PCB板上。天線使用3層金屬的通用PCB板實現，採用單饋電、雙面共地的微帶貼片結構。從圖4剖面圖由上而下看，可以看出PCB板共分5層，第I層，第3層和第5層均為銅質材料，除第3層作為地平面外其餘兩層均為天線使用，用於接收不同頻段的電磁波，兩層的半徑和縫隙不同。通過電磁場仿真工具可以獲得圓環和縫隙的物理尺寸參數。第2層和第4層材料為聚四氟乙烯。這樣就構成了一個雙頻的接收天線。高頻整流電路使用2個微波二極體和2個電容構成。從圖5整流電路原理圖來看，假設輸入端電壓有效值為Ui，當電壓波形上正下負時，Dl導通，輸入端電壓給電容Cl充電，電容Cl峰值電壓可達到I. 4Ui ;當輸入端電壓上負下正時，Dl截止，D2導通，輸入端電壓和電容Cl給電容C2充電，電容C2峰值電壓可以達到2.8 Ui，可以看出，該電路達到倍壓整流的目的。
權利要求
1.一種基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，由接收天線和整流電路組成，整流電路採用二倍壓整流電路實現，二倍壓整流電路由兩個電容，兩個二極體組成，其特徵在於，接收天線採用雙面共地的微帶線結構。
2.根據權利要求I所述的基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，其特徵在於，接收天線設計在一個三層金屬的通用PCB板上；PCB板分為5層，第一層、第三層和第五層均為金屬銅，第二層和第四層為聚四氟乙烯。
3.根據權利要求2所述的基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，其特徵在於，第一層、第五層的半徑和細縫不同。
4.根據權利要求2所述的基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，其特徵在於，第一層、第五層分別接收工作於s波段和c波段的微帶天線；第三層接入地線。
5.根據權利要求6所述的基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，其特徵在於，s波段的頻率為2. 5-4GHz。
6.根據權利要求6所述的基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，其特徵在於，c波段的頻率為4-8GHz。
全文摘要
一種基於微波傳輸的無線能量雙頻接收裝置，由接收天線和整流電路組成。接收天線採用雙面共地的微帶線結構，並通過一個三層金屬通用PCB板實現。該PCB板共有5層，第1層，第3層和第5層均為銅質材料，第3層作為地線，第1層和第2層均為天線使用，用於接收不同頻段的電磁波，兩層的半徑和縫隙不同。該裝置可以同時接受2.5-4GHz的s波段和4-8GHz的c波段的信號。本發明與其他能量傳輸系統相比具有小型化、寬頻帶、高效率等優點。
文檔編號H01Q1/38GK102723788SQ20121018713
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者徐雷鈞, 楊曉東, 白雪 申請人:江蘇大學