[实用新型]一种微波能量接收板

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线能量接收领域，特别是涉及一种利用次波长谐振单元构成的圆极化微波能量接收板。

背景技术

微波能量传输技术是指以自由空间为传播媒介将能量直接从发射端传送到接收端的一种非接触的方式微波能量传输技术，由于微波能量传输技术在S波段和C波段的传输效率一般在90％以上，而且微波波束的强度和方向较容易控制，使得微波能量传输技术在国际、国内上受到越来越多的关注，尤其是近几年得到了充分的发展，在雷达系统以及无线微波能量传输方面都有广阔的应用前景。

自从十七世纪末特斯拉实验验证了赫兹用无线电传播能量的理论，近代微波能量传输技术得到了高速发展。上世纪7O年代对于能源危机的认识，促使美国、日本等经济大国开始太阳能研究计划，极大推进了无线微波能量传输与转化技术的进步。而且随着微波通信的迅猛发展，在上世纪8O年代左右国际研究组提出高空长期作业通信接力平台的设想，这是现在临近空间飞行器的雏形，而微波能量传输技术是这个平台获取能量的主要方式。90年代开始，微波能量传输技术在低功率、近距离应用得到关注，被称作微系统的“虚拟电池”，不仅可以减小了能量使用者的体积和重量，而且可以终身供能。在国内，也有多个研究小组对微波能量传输系统的关键技术做了比较系统和深入的探索，首先实现了对管道机器人的微波输能。

微波能量传输系统涉及到微波的多个研究领域，包括微波功率发生器、空间功率合成、波束控制、接收天线、微波整流电路、整流天线组阵技术等，以及为了提高整体转换效率各个部分的有机结合。每一个环节都对微波能量传输效率起着至关重要的作用。尤其是接收天线效率以及微波整流效率(即整流天线的效率)极大影响着微波能量传输系统的效率，而传统的整流天线由于不匹配或者能量转化效率低等不足制约着微波能量传输系统的快速发展。

因此，整流天线是当前微波能量传输系统的关键技术，他主要由两部分组成，第一部分微波接收天线，第二部分是二极管整流电路。目前国际较好的整流天线是双馈圆形铁片天线，在高功率输入情况下，转化效果达到81％。另外也有些项目组研究了整流天线阵列，试图提高接收能量，但是相比较单个单元天线的接收效率，总体能量转换效率更低，而且由于考虑到尺寸、体积因素，整流天线阵要求设计得更紧凑，但是由于普通天线单元之间的耦合，使得阵元之间至少相距半波长，大大降低了能量利用率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微波能量传输效率更高的圆极化微波能量接收板。

本实用新型采用的技术方案如下：一种微波能量接收板，其特征在于，包括正方形结构的次波长谐振结构单元；所述次波长谐振结构单元包括，次波长谐振结构及与其相连的高频整流电路；所述高频整流电路包括高频整流芯片及其辅助电路；所述次波长谐振结构从上到下包括，

顶层金属层，为正方形结构，每一边的中间位置设置有向顶层金属层中心延伸的长条形缺口，共四个长条形缺口；所述四个长条形缺口的宽度相等；其中相对的两个长条形缺口长度相等构成一组长条形缺口，共两组长条形缺口；两组长条形缺口中，其中一组长条形缺口长度大于另外一组长条形缺口长度；

绝缘支撑介质层，位于顶层金属层和接地金属层之间，起绝缘支撑作用；

接地金属层，为接地层；

所述绝缘支撑介质层上设置有正极输入通孔，该正极输入通孔，向上连接至顶层金属层的一条对角线上，但不在顶层金属层的中心，向下穿过接地金属层，但不与接地金属层直接接触，连接至高频整流芯片的输入正极，作为高频整流电路的正极输入；

所述接地金属层连接至高频整流二极管的输入负极，作为高频整流电路的负极输入。

两组长条形缺口，不能一般长，至于具体宽度及每组的具体长度，由所适用的波长及要达到的匹配效果具体设定。所述正极输入通孔竖直方向向上连接至顶层金属层的一条对角线上，但不能在顶层金属层的中心，至于在哪条对角线上，由为左圆极化还是为右圆极化决定，而在具体对角线的哪个位置，则根据匹配效果决定。

利用电磁波在顶层金属层和中间接地金属层之间发生的电磁谐振效应，使入射圆极化电磁波的相位刚好差90度的两个极化分量耦合进入对应的两个长度不同的长条形缺口。通过仿真优化通孔的位置，即可将入射圆极化电磁波完美耦合进入通孔，使其工作时的等效电路实现高频整流电路与真空环境的完美匹配，从而实现无线能量的完美接收。通过高频整流电路将所接收到的微波能量整流转化成直流能量输出。