[发明专利]一种微波无线能量传输系统

说明书

本发明涉及一种微波无线能量传输系统，该系统包括发射端以及作为整流天线的接收端，所述的发射端用以发射微波信号，包括微波信号源、微波直流功率放大器以及发射天线，所述的接收端包括接收天线和整流电路，所述的接收天线从自由空间中接收定向发射来的微波信号，并通过整流电路进行整流转换为直流信号发送给负载，与现有技术相比，本发明解决了能量传输的距离和环境的限制，改变了现有连线式充电和无线充电方式，具有便捷生活、提高效率、大大减少用电成本等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子和能量传输射频技术领域，尤其是涉及一种微波无线能量传输系统。

背景技术

20世纪60年代国外就展开了关于微波输能技术的研究，欧洲和美国在过去的几十年内进行了大量关于微波输能的实验，国内电子科大的林为干教授1994年首次介绍了微波输能技术。微波输能技术在卫星太阳能发电站、RFID(Radio Frequency Identification)、浮空平台等系统中起着非常重要的作用。其中微波整流电路是微波输能技术中的关键。目前对于微波整流电路的研究，大多数整流电路都使用肖特基二极管进行设计，单只较大功率容量的肖特基二极管功率容量为20d Bm左右，且肖特基二极管在大功率整流时效率会有明显下降。在国外的整流电路研究中，Kai Chang等人的研究团队已经以肖特基二极管为基础对整流电路做了详细的理论分析与实验验证，并已获得了70％以上的整流效率，但在功率容量上没有取得较理想的成果。为了能够在更小的电路上，对更大的微波功率进行整流，需要更大功率容量的整流部件。

目前绝大部分用于RFID的整流电路都是基于CMOS的集成化电路模式，该模式虽然有集成化的优势，但是在整流效率方面却存在不足。目前可以查到的CMOS集成化RFID整流电路效率基本都在70％以下，且均需要数千欧姆的负载。

在功率传递方面，大部分学者研制的微波整流电路的直流输出功率都在1w以下，不能满足智慧家居、远程医疗、无人工厂等应用场景中的瓦级终端的供电需求，部分研究员研制的微波整流电路虽然能输出1w以上的直流功率，但是其电路尺寸为180mm×180mm(约为2.45GHz对应的自由空间波长的1.5倍)，这么大的尺寸使得该微波整流电路不能和受能终端(如智能手机)，以及接收阵列天线(一般阵列天线单元间的距离不大于1倍波长)很好的集成在一起，并且还存在着以下不足：

1、整流电路的整流效率和容量难以同时满足应用级要求。

2、如果需要更高功率传输需求，天线尺寸会被限制在较大水平，无法和市面上常见的受能终端(如手机)整合。

3、微波传能对信号频率要求较高，脱离对应频率段，效率会大幅降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种微波无线能量传输系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种微波无线能量传输系统，该系统包括发射端以及作为整流天线的接收端，所述的发射端用以发射微波信号，包括微波信号源、微波直流功率放大器以及发射天线，所述的接收端包括接收天线和整流电路，所述的接收天线从自由空间中接收定向发射来的微波信号，并通过整流电路进行整流转换为直流信号发送给负载。

所述的整流电路包括依次连接的输入滤波器、整流二极管和输出滤波器，所述的输入滤波器与接收天线连接，所述的输出滤波器与负载连接。

所述的输入滤波器为低通滤波器，用以滤除微波信号中的高频信号，并阻止整流二极管在非线性状态工作下整流产生的高频谐波信号到达接收天线。

所述的接收天线与输入滤波器之间设有隔直电容，用以阻止直流信号流向接收天线，造成接收天线工作异常。

所述的输入滤波器与整流二极管之间设有阻抗匹配电路，用以保持阻抗匹配，避免能量丢失。