專利名稱：傳感器的無線能量雙頻接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，可應(yīng)用于低功耗傳感器的能量供給，具有寬頻段高效率的 特點(diǎn)。屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前能源運(yùn)輸主要依賴交通工具或者高壓送電設(shè)備，需耗費(fèi)大量的人力物力，在運(yùn)輸過程中還存在大量的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。因此在50年代，人們就開始系統(tǒng)地研究用微波傳送能量。在美國(guó)人Brown等的倡導(dǎo)下，美國(guó)空軍從60年代初期開始資助他們做一些探索性的研究，并與1964年成功地演示了 S波段(2. 45GHz)微波功率驅(qū)動(dòng)的直升機(jī)。該飛機(jī)通過安裝在機(jī)身上的整流天線直接從微波波束中提取高頻能量，然后將其轉(zhuǎn)換成電流，電機(jī)從整流天線中獲得200W的功率，這是微波輸能史上的一個(gè)重要的里程碑。當(dāng)前無線能量接收天線主要使用單面微帶貼片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是接收頻段單一，接收效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明有關(guān)于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，相比較于傳統(tǒng)單一波段微波能量傳輸裝置，本發(fā)明的能量接收裝置具有寬頻帶、高效率的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明提出的微波能量雙頻接收系統(tǒng)，包括兩個(gè)部分，第一部分接收天線；第二部分整流電路。本發(fā)明中，接收天線采用雙面共地的微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。接收天線是整個(gè)微波能量接收裝置的重要組成部分，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于s波段(2. 5-4GHz)和c波段(4-8GHz)的單饋點(diǎn)的圓極化微帶天線。此天線采用圓環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)內(nèi)邊界開了相對(duì)的兩個(gè)縫隙，通過電磁場(chǎng)仿真工具優(yōu)化調(diào)節(jié)縫隙大小，使得天線主模分解為兩個(gè)極化正交，幅度相等，相位差為90度線極化波，以實(shí)現(xiàn)圓極化特性。整流電路采用二倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)，二倍壓整流電路由兩個(gè)電容，兩個(gè)二極管組成。有益效果與其他能量傳輸系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.小型化。因?yàn)榻邮仗炀€都是用微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這樣可以做在PCB板上，易于實(shí)現(xiàn)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制作在一塊PCB板上，使得接收裝置能夠同時(shí)接收s波段和c波段的微波能量，有效擴(kuò)展了帶寬范圍
3.高效率。微波輸能通過自由空間將能量直接從發(fā)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，接收天線采用了圓極化技術(shù)提高了微波到直流能量轉(zhuǎn)換效率。為了讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖I為微波能量傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shí)施例方式本發(fā)明所提出的微波能量接收裝置采用的技術(shù)方案如下。接收裝置由天線和整流電路構(gòu)成。天線接收發(fā)射來的微波信號(hào)，并將微波信號(hào)傳送給后面的整流電路，通過整流電路將高頻的微波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娸敵?，為傳感器提供電能。整個(gè)接收裝置均設(shè)計(jì)在一塊PCB板上。天線使用3層金屬的通用PCB板實(shí)現(xiàn)，采用單饋電、雙面共地的微帶貼片結(jié)構(gòu)。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(zhì)材料，除第3層作為地平面外其余兩層均為天線使用，用于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(chǎng)仿真工具可以獲得圓環(huán)和縫隙的物理尺寸參數(shù)。第2層和第4層材料為聚四氟乙烯。這樣就構(gòu)成了一個(gè)雙頻的接收天線。高頻整流電路使用2個(gè)微波二極管和2個(gè)電容構(gòu)成。從圖5整流電路原理圖來看，假設(shè)輸入端電壓有效值為Ui，當(dāng)電壓波形上正下負(fù)時(shí)，Dl導(dǎo)通，輸入端電壓給電容Cl充電，電容Cl峰值電壓可達(dá)到I. 4Ui ;當(dāng)輸入端電壓上負(fù)下正時(shí)，Dl截止，D2導(dǎo)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(dá)到2.8 Ui，可以看出，該電路達(dá)到倍壓整流的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，由接收天線和整流電路組成，整流電路采用二倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)，二倍壓整流電路由兩個(gè)電容，兩個(gè)二極管組成，其特征在于，接收天線采用雙面共地的微帶線結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，其特征在于，接收天線設(shè)計(jì)在一個(gè)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(jù)權(quán)利要求2所述的基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，其特征在于，第一層、第五層的半徑和細(xì)縫不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，其特征在于，第一層、第五層分別接收工作于s波段和c波段的微帶天線；第三層接入地線。
5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，其特征在于，s波段的頻率為2. 5-4GHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，其特征在于，c波段的頻率為4-8GHz。
全文摘要
一種基于微波傳輸?shù)臒o線能量雙頻接收裝置，由接收天線和整流電路組成。接收天線采用雙面共地的微帶線結(jié)構(gòu)，并通過一個(gè)三層金屬通用PCB板實(shí)現(xiàn)。該P(yáng)CB板共有5層，第1層，第3層和第5層均為銅質(zhì)材料，第3層作為地線，第1層和第2層均為天線使用，用于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(shí)接受2.5-4GHz的s波段和4-8GHz的c波段的信號(hào)。本發(fā)明與其他能量傳輸系統(tǒng)相比具有小型化、寬頻帶、高效率等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102723788SQ20121018713
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者徐雷鈞, 楊曉東, 白雪 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)