一種高效微波能復(fù)合接收陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波能無線傳輸接收領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 接收微波電磁能并將其轉(zhuǎn)換成直流電能，是微波功率傳輸系統(tǒng)的一部分，即電能 不通過輸電線進行能量傳輸?shù)募夹g(shù)，能夠使人們擺脫電線的約束。無線充電傳輸方式一 般可分為電磁感應(yīng)式、磁場共振式、電波福射式三種。其中，電波福射式又稱為微波輸能 (MPT)，即電能轉(zhuǎn)換成微波以輻射傳輸供電，適合遠距離傳輸。1899年"特斯拉線圈"的問 世為MPT的發(fā)展埋下了種子。近代MPT實驗完成于1964年，在2. 45GHz下用微波驅(qū)動直升 機，極大地促進了世界各國對MPT技術(shù)的研究。1968年，美國開始了空間太陽能發(fā)電衛(wèi)星 (SSPS)計劃。MPT在無線電能傳輸中起到了舉足輕重的作用，具有巨大的發(fā)展前景，廣泛應(yīng) 用于電子、醫(yī)療、軍事等許多領(lǐng)域，受到國內(nèi)外越來越多的關(guān)注。近幾年、日本、法國、美國、 俄羅斯更是進一步加大研究力度，取得了許多突破。我國在多單元微波能復(fù)合接收陣列方 面的技術(shù)研究處于起步階段。
[0003] MPT有下面三個過程：1)微波的產(chǎn)生；2)微波的發(fā)射和傳播；3)微波的接收和轉(zhuǎn) 換。在整個MPT系統(tǒng)中，主要裝置是接收整流天線及整流電路，它能夠完成MPT的第三個過 程，即接收微波并將其轉(zhuǎn)換成直流電。
[0004] 接收整流陣列是MPT系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。微波能源傳輸只有在菲涅爾區(qū)的遠端才有 實際意義，遠場信號對能源傳輸沒有意義；微波能源傳輸遵循的是焦斑理論，而不是常規(guī)的 幅相理論。不同的接收陣列形式將得到不同的能源接收效果。
[0005] 現(xiàn)有的技術(shù)中許多單元可以實現(xiàn)實驗室接收，但如何構(gòu)建較大規(guī)模的外場試驗 陣，進行實際空間應(yīng)用接收的高效復(fù)合接收陣卻很難實現(xiàn)。其中的如何適配高斯波束帶來 的功率密度不均勻的天線陣技術(shù)、整流陣技術(shù)、電源陣串并聯(lián)技術(shù)以及復(fù)合集成技術(shù)都亟 需深入研究解決。
[0006] 為了保證微波能高效接收，有必要設(shè)計一種多單元高效微波能復(fù)合接收陣列。該 復(fù)合接收陣列在菲涅爾區(qū)的遠端可有效工作，并能較好地適配高斯波束帶來的功率密度不 均勻性，陣列結(jié)構(gòu)可擴展集成，并且串并聯(lián)結(jié)構(gòu)輸出電壓穩(wěn)定可靠。如此的微波能復(fù)合接收 陣列，目前國內(nèi)文獻中尚未有相關(guān)技術(shù)的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高效微波能復(fù)合接收陣列，可突破多 單元天線陣、整流陣、電源陣以及復(fù)合集成技術(shù)，構(gòu)建較大規(guī)模的外場接收陣，可適配高斯 波束帶來的功率密度不均勻性，陣列結(jié)構(gòu)可擴展集成，并且輸出電壓穩(wěn)定可觀。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括層疊的復(fù)合接收陣天線層、復(fù) 合接收陣整流層和復(fù)合接收陣電源層；
[0009] 所述的復(fù)合接收陣天線層集成多個單元天線，各個單元天線能夠分別提供不同頻 段的寬帶信號輸入提取和窄帶信號輸入提取，構(gòu)建出雙頻或多頻復(fù)合接收天線陣面；
[0010] 所述的復(fù)合接收陣整流層集成多個整流單元電路，包括單路和復(fù)合集成電路； [0011] 所述的復(fù)合接收陣電源層集成多個電壓節(jié)點，各個電壓節(jié)點經(jīng)過串并聯(lián)集成后通 過安裝線提供出1組或多組總輸出電壓；
[0012] 所述的單元天線、整流單元電路和電壓節(jié)點均呈柵格式結(jié)構(gòu)，每個單元天線采用 射頻電纜組件與相應(yīng)的整流單元電路連接，每個整流單元電路采用雙路安裝線與相應(yīng)的電 源節(jié)點連接。
[0013] 所述的復(fù)合接收陣天線層、復(fù)合接收陣整流層和復(fù)合接收陣電源層之間采用環(huán)氧 玻璃布板作為介質(zhì)板進行分隔安裝。
[0014] 所述的復(fù)合接收陣天線層、復(fù)合接收陣整流層和復(fù)合接收陣電源層構(gòu)成復(fù)合接收 陣列主體，采用金屬框架作為支撐架進行支撐固定。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 第一、微波能復(fù)合接收陣列在遠端輻射場的作用下，陣列實際接收到100V以上電 壓。微波能復(fù)合接收陣試驗測試數(shù)據(jù)如下表所示：
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[0019] 第二、微波能復(fù)合接收陣加載LED陣列后在遠端輻射場的作用下，陣列實際接收 到123V以上電壓，LED陣被點亮。
[0020] 第三、復(fù)合接收陣整流層微波功率--電壓轉(zhuǎn)換性能良好。復(fù)合接收陣整流層單 元功率電壓比曲線如圖10所示。在一定的復(fù)合集成模式下，單元輸出電壓達到7V。
[0021] 第四、復(fù)合接收陣天線層不同天線單元經(jīng)過集成后測試駐波良好，實際接收微波 能效果良好。復(fù)合接收陣天線層單元一和復(fù)合接收陣天線層單元二的駐波曲線分別如圖和 圖8所示。
[0022] 第五、微波能復(fù)合接收陣列體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、重構(gòu)。其微波能接收轉(zhuǎn)換 良好，復(fù)合測試結(jié)果與模型理論分析值吻合。陣列單元組合性強，技術(shù)可移植性強。可應(yīng)用 于多種微波輸能平臺的規(guī)?；瘜嶋H接收需要。
【附圖說明】
[0023] 圖1是高效微波能復(fù)合接收陣列總體圖；
[0024] 圖2是復(fù)合接收陣天線層示意圖；
[0025] 圖3是復(fù)合接收陣整流層示意圖；
[0026] 圖4是復(fù)合接收陣電源層示意圖；
[0027] 圖5是復(fù)合接收陣天線層單元一示意圖
[0028] 圖6是復(fù)合接收陣天線層單元一駐波曲線；
[0029] 圖7是復(fù)合接收陣天線層單元二示意圖；
[0030] 圖8是復(fù)合接收陣天線層單元二駐波曲線；
[0031 ] 圖9是復(fù)合接收陣整流層單元模型示意圖；
[0032] 圖10是復(fù)合接收陣整流層單元功率電壓比曲線；
[0033] 圖中，1-復(fù)合接收陣列主體，2-支撐架，3-復(fù)合接收陣天線層，4-復(fù)合接收陣整流 層，5-復(fù)合接收陣電源層，6-復(fù)合接收陣天線層單元一，7-復(fù)合接收陣天線層單元二，8-集 成電路單元模型。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0035] 本發(fā)明提供一種60單元微波能復(fù)合接收陣列，通過多單元天線陣層、整流陣層和 電源陣層將遠端無線傳輸來的微波能量轉(zhuǎn)換成實際可用的直流源，以實現(xiàn)微波能在交通、 醫(yī)療、通信、保障、救援等方面的基礎(chǔ)應(yīng)用。
[0036] 微波能復(fù)合接收陣列由復(fù)合接收陣列主體1和支撐架2組成。兩部分之間采用金 屬緊固件進行可靠連接。圖1給出了高效微波能復(fù)合接收陣列總體圖。
[0037] 復(fù)合接收陣列主體由復(fù)合接收陣天線層3、復(fù)合接收陣整流層4、復(fù)合接收陣電源 層5等組成。三層結(jié)構(gòu)之間采用金屬緊固件進行可靠連接。圖2、圖3、圖4分別給出了60 單元復(fù)合接收陣天線層示圖、60單元復(fù)合接收陣整流層示圖、60單元復(fù)合接收陣電源層示 圖。
[0038] 復(fù)合接收陣天線層可以集成多種形式的單元天線。圖5為復(fù)合接收陣天線層單元 一 6。該類單元可以提供S波段寬帶信號輸入提取，同類型的單元亦可支撐其它頻段工作。 該單元的構(gòu)陣方式可以采用均勻、稀布和特殊形式。圖7為復(fù)合接收陣天線層單元二7。該 類單元可以提供S波段窄帶信號輸入提取，同類型的單元亦可支撐其它頻段工作。該單元 的構(gòu)陣方式可以采用均勻、稀布及特殊形式。圖5和圖7所示的單元可構(gòu)建出雙頻及多頻 復(fù)合接收天線陣面。
[0039] 整個復(fù)合接收陣天線層提供了A、B、C、D、E、F六行，1~10列的柵格式結(jié)構(gòu)。每 個獨立單元采