[发明专利]高转换效率的圆极化整流天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域中的一种微波能量的接收和转换装置，即整流天线， 尤其涉及一种平面型印刷整流天线，用于将微波能量接收并转换成直流电。

背景技术

微波能量传输(MPT：Microwave Power Transmission)系统利用微波在空气中传输 损耗小的优点，通过自由空间将微波能量直接从发射端传输到接收端，经整流得到直流 电能，实现能量的远距离无线传输。1899年美国的尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)博士最 早提出微波输能概念。二十世纪五十年代开始，美国等西方国家开始进行MPT技术的研 究，主要用于为解决能源危机的太阳能卫星计划、为临近空间作业的高空飞艇提供持续 能量、为偏僻山区居民供电等等。由于MPT系统整体转换效率不高，加上环境、生物安 全等因素，MPT技术的大功率应用还处于研究阶段。

1990s以来，微系统的研究得到了迅猛发展，而制约微系统发展和走向实用化的瓶颈 技术之一是能源供应问题。目前，火力发电厂、核电站、化工厂等要用到各种尺寸的金 属管道供能或散热，管道的安全使用需要定期检测，由于其空间小、管道长，且多拐弯， 人们选用管道机器人来完成。微机器人体积小、重量轻，从而限制了电池寿命，若用导 线供电，则限制了其工作的自由度。MPT技术恰好可以弥补这些缺点，能够给管道机器 人等微系统提供便捷、稳定、长期的电能。

目前，电子设备不断向小型化和便携式发展，MPT技术在低功率应用领域展现出诱 人的前景。射频识别(RFID：Radio Frequency IDentification)、应答器、无线传感器、遥 感探测，以及其它移动式无线电子设备是无线输能的新兴应用领域，低功率电子设备的 能量传输距离一般在数米、甚至数厘米范围内，这些电子设备一般需要具有任意工作时 间和极长待机时间的功能。MPT技术能够满足这些要求，且不存在能源寿命问题，成为 低功率电子设备能源的最佳方式。平面印刷整流天线易于与电子设备集成和共形，随着 小型化电子设备迅速向实用化方向发展，无线输能技术引起人们极大兴趣。

整流天线要获得高射频-直流转换效率，首先要求接收天线为二极管提供足够高的入 射功率，为了避免电磁波收发极化失配造成的能量中断，整流天线要求圆极化工作。所 以需要接收天线具有高增益、圆极化、易集成的性能。印刷偶极子增益稍高于贴片天线， 但是不容易实现圆极化，印刷双菱环可工作于圆极化，但是需要加反射板来提高增益。

这里提出的平面型高转换效率圆极化整流天线具有剖面小、易集成、易共形、勿需 收发天线极化对准的优点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种高转换效率的圆极化整流天 线，可以有效地解决如无线传感网络、RFID等应用中的供能问题，以摆脱电池的束缚。 该整流天线不仅有较高的射频到直流转换效率、结构简单、加工方便，而且易于组阵， 适于大规模的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案。

一种高转换效率的圆极化整流天线，包括微带接收天线和微带整流电路。其特征在 于所述微带接收天线和微带整流电路印刷在上下叠置的两层介质板上，构成三层金属层 和两层介质层结构：顶层为方形金属贴片，构成所述微带接收天线，两层介质板间的中 间层是蚀刻有十字槽的金属贴片，构成接地板，底层为金属贴片构成的是微带馈线和微 带整流电路。

上述十字槽位于所述方形金属贴片的正下方；所述微带馈线位于所述十字槽的正下 方并平行于所述方形金属贴片的一条对角线，微带馈线与整流电路的输入端微带线相连； 所述微带整流电路的结构是：输入T型微带枝节连接输出T型微带枝节，输入T型微带 枝节与输出T型微带枝节连接处经一个整流二极管接地，输出T型微带枝节输出端经并 联的电容和直流负载后接地。

上述微带馈线与微带整流电路的输入端微带线宽度相同，实现自然过度。

本发明将圆极化整流天线印刷在双层介质板上。目前共面波导馈电双菱环圆极化整 流天线具有接近80％的整流效率，但是为了提高天线增益需加反射板，从而增大了纵向 尺寸；微带线馈电切角方形圆极化整流天线结构简单，剖面小，但是只有50％左右的整 流效率。本发明采用以下措施，在获得高整流效率的情况下，使整流天线具有低剖面、 易集成、易共形、结构简单的优点。

1.双层介质板的中间金属层作为接收天线和整流电路的公共接地板；