[发明专利]微波能量转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波传输能量技术，特别涉及微波接收和整流技术。

背景技术

微波传输能量不仅可以用于空间太阳能电站向地面输送电能，也可用于从地面向空间飞行器供能。该技术还可以在架线困难的地区传输电力，前景十分广阔。微波传输能量通常需要将微波能量转换为电能，其中将微波能转换为电能的微波整流器是微波传输能量系统的核心器件之一。早在1899年，Tesla在Wardenclyffe进行了无线功率传输的实验。19世纪60年代，Brown提出了微波输能和整流天线的概念，并于1963年成功研制了第一个整流天线。现阶段最常用的微波整流技术是微波二极管整流。但微波二极管整流存在功率容量小、微波二极管易被击穿、产生高次谐波等影响系统性能的问题。此外，虽然现有的二极管整流天线看似为一体，既能够接收微波，又能够整流，但实质上微波接收天线和微波整流电路是各自独立的两部分，且为了做到整流电路与天线的匹配以及抑制二极管产生的高次谐波，整流电路的设计往往非常复杂，这大大的提高了设计难度，且重量和体积也难以控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术微波整流装置结构复杂，设计难度高的缺点，提供一种微波接收和微波整流的装置，将微波能量转换为电流输出。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，微波能量转换装置，包括微波接收单元和微波整流单元，其特征在于，所述微波接收单元和微波整流单元由半导体块构成，所述半导体块上设置有欧姆接触电极，用于输出半导体块产生的直流电流，所述欧姆接触电极设置在半导体块沿微波传输方向的两端。

本发明根据微波霍尔效应的原理，首次提出了利用半导体体效应对微波进行整流的方法。我们称之为半导体体效应微波整流法。该方法与传统二极管结效应整流原理不同，采用微波霍尔效应的原理在半导体上产生整流效应，因此不需要复杂的天线和电路设计，微波接收和整流同时在半导体块上完成。

通过理论推导和实验研究，我们在不使用外加磁场的情况下，也发现了微波作用于半导体依然可以产生霍尔效应，从而在半导体沿坡印廷矢量方向（微波传输方向）上产生直流电压，于是我们想到利用该原理来做微波整流。该方法利用平面波的电场分量在单极型（空穴型或电子型）半导体上感应出一个与电场方向相同的电流，形成这个电流的载流子又在磁场分量的作用下受到沿坡印廷矢量方向的洛仑兹力，从而在半导体沿坡印廷矢量方向上产生一个霍尔电压。当电场和磁场同时反向时，洛仑兹力的方向不变，所以霍尔电压的方向不变，这样便可在半导体沿坡印廷矢量方向的两端产生一个持续的直流电压。根据以上原理可见，本发明接收微波和整流都同时由半导体完成，所以不需要像传统的整流天线一样由天线和电路两部分构成，大大简化了设计难度，体积和重量也更容易控制，成本也相应降低。

所述欧姆接触电极为金属电极。

所述金属电极通过溅射工艺或涂敷工艺形成。

半导体块欧姆接触电极的作用是便于通过导线连接，将半导体块产生的直流电流输出。欧姆接触电极通常可以采用金属材料，通过溅射工艺或涂敷工艺制作在半导体块沿坡印廷矢量方向的两端形成欧姆接触电极。

所述半导体块为本征半导体块。

所述半导体块为掺杂半导体块。

半导体块可以采用本征半导体块或掺杂半导体块。一定的参杂浓度可以提高半导体块的整流效率，随着参杂浓度的提高，半导体的性质也在发生改变即更倾向于金属的特性，因此高参杂的半导体整流效率反而会降低。

所述半导体块数量为N个，具有相同结构，其欧姆接触电极通过导线连接，使半导体块产生的直流电流并联和/或串联输出；N为正整数，N≥2。

由于单个半导体块的在微波作用下产生的霍尔电压非常低，电流非常小，通常可以将很多个半导体块进行串联，以提高输出电压；或将很多个半导体块进行并联以提高输出电流。采用结构相同的半导体块，其电路参数、产生的电压和电流基本上相等，方便进行各种连接和后续处理，如进行逆变并网等。

所述N个半导体块布置在同一平面上。

所述平面与微波传输方向垂直。

将N个半导体块布置在同一平面（或基板）上，并使该平面与微波传输方向垂直，可以提高微波能量转换效率，最大限度的接收微波能量。当然N个半导体块也可以布置在非平面物体的表面，如布置在飞行器等的表面，用于接收发射站通过微波传输的能量。

所述N个半导体块平均布置在M个平面上，M为正整数，M≥2。