[实用新型]新型微波无线输能系统

说明书

技术领域

本实用新型属于天线领域，具体地指一种新型微波无线输能系统。

背景技术

早在上世纪六十年代，人们就基于微波输能技术提出了太阳能空间发电站的概念。在太阳能空间发电站领域，国外做了大量研究。与传统的输能方式相比，微波输能技术有其独特的优势，如无需传输介质、速度快和损耗小和易于重新布局等。微波输能也可用于建筑中的无线配电系统以及用微波充电的汽车和飞行器等。

为了提高微波无线输能系统的传输效率，人们尝试了各种方法来优化发射天线阵列，以提高微波输能系统的效率、性能以及稳定性。2016年，Gowda等人提出了基于辐射近场区的微波输能系统,该系统以8×8阵列作为发射天线，以4×4阵列作为接收天线，工作在5.8GHz频段。在发射天线与接收天线相距40cm时，传输效率达到33.4％。但是现有的设计方法都是通过对发射天线进行优化，使得发射天线发射的能量聚焦在接收天线上，而没有考虑到对接收天线的优化设计，所以现有方法均未将发射天线和接收天线之间的功率传输效率达到最大化，效率仍可进一步提高。同时现有设计方法也均无法给出传输效率理论上的最大值。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述不足提供一种新型微波无线输能系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种新型微波无线输能系统，包括矢量网络分析仪、射频放大器、发射天线阵列、接收天线阵列和频谱仪，所述矢量网络分析仪的信号输出端与射频放大器的信号输入端相连，所述射频放大器的信号输出端与发射天线阵列的信号输入端相连，所述发射天线阵列的信号输出端与接收天线阵列的信号输入端相连，所述接收天线阵列的信号输出端与频谱仪的信号输入端相连。

所述频谱仪的型号为安捷伦N9010A。

所述射频放大器的型号为AV3860C。

所述矢量网络分析仪为安捷伦N9918A。

本专利采用了全新的设计方法，该方法同时对发射天线和接收天线进行优化设计，实现发射天线和接收天线之间的双向聚焦，从而实现最大化的传输效率。同时该方法可以直接给出传输效率理论上的最大值。本专利中采用微带天线作为单元完成了微波无线输能系统的设计(本专利采用与Gowda等人类似的微带贴片形式，从而与他们取得的成果进行对比。但并不限定微带贴片形式，甚至于单元天线形式，设计方法完全通用)。与Gowda等人取得的效率相比，本设计仅用一半的发射单元数量以及更小尺寸的发射和接收天线阵列将传输效率提高了25.7％。36单元发射天线以及16单元接收天线具有较小尺寸21.6cm×21.6cm×1.524cm、15cm×15cm×1.524cm，在40cm的传输距离上达到了42％的传输效率；64单元收发天线尺寸28cm×28cm×1.524cm(该系统中发射天线和接收天线是相同的)，在100cm的传输距离上达到了46.9％的传输效率。

附图说明

图1是本专利微带单元尺寸图。

图2是本专利36单元发射天线实物图。

图3是16单元接收天线实物图。

图4是本专利64单元发射天线与接收天线实物图。

图5是本专利微波无线输能系统图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步说明本实用新型。

本专利以能量传输效率最大化理论为基础。作为例子，所设计的微波无线输能系统工作在5.8GHz(本专利不限于特定频率。频率改变时，设计方法类似)。第一个系统采用6×6贴片阵列作为发射天线，4×4贴片阵列作为接收天线，传输距离为40cm。该系统实测的传输效率达到42％。第二个系统采用两个相同的8×8贴片阵列作为收发天线，两天线相距100cm，传输效率达到46.9％。本专利设计的两个微波无线输能系统均达到目前同类设计中最好的结果。本专利中微波无线输能系统收发阵列的单元数目并非限定，任意单元数目的发射天线和接收天线都是可以的，均能够利用能量传输效率最大化理论完成微波无线输能系统的设计。

本专利采用微带天线作为阵元，将贴片单元排列在介质基板上，由于基板上的等效半波波长要小于空气中半波波长，所以这样既有效的减小了阵列天线的尺寸，又易于天线阵列和馈电网络的加工，制作简单，成本低廉。