[发明专利]集成表面等离激元耦合器和梯度折射率平面透镜的电磁能量收集结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁能量收集结构，尤其涉及一种集成超表面和梯度折射率平面透镜的电磁能量收集装置，属于新型人工电磁材料、能量收集与回收技术领域，应用于物联网、射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）等领域。

背景技术

作为物联网的两大核心技术，射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）已得到国际上学术界和企业界的高度关注，各国政府部门亦积极推进物联网的发展。WSN和RFID等物联网技术已经渗透到各个领域：如国防安全、空间探测、环境监测等。RFID、WSN节点分布范围广、数量多、或工作于不可及的特殊环境中，无线能量供给技术是延长其生命周期、拓宽应用范围的关键技术。环境功率电磁能量转换和收集利用技术收集自由空间的电磁能量，在接收端转换成直流能量。环境电磁能量存在功率密度低（小于-30dBm）且变化范围宽、频带多等特点。在低微功率输入的情况下，整流电路的效率会急剧下降（低于10%），从而降低整个系统的能量转换效率。

新型人工电磁材料是电磁学中新兴的研究领域,由一系列设计的结构单元在亚波长尺度上按照一定规律排列构成。通过改变单元结构设计即可改变新型人工电磁材料的本构关系,为人工控制电磁传播提供了极大的便利。近些年新型人工电磁材料得到了长足的发展,在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用，有望应用于电磁能量收集系统中。目前空间电磁波功率密度低，不易实现高效的电磁能量收集。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种集成超表面和梯度折射率平面透镜的电磁能量收集结构。

一种集成超表面和梯度折射率平面透镜的电磁能量收集结构，包括介质基板、微带线、平面透镜主体和超表面；所述微带线设置于所述介质基板的上表面，所述平面透镜主体的折射率梯度渐变，所述超表面的相位梯度渐变。

进一步地，所述平面透镜主体为一个以上平面透镜主体单元结构组成的主体单元结构矩阵；所述主体单元结构矩阵由中间列和两侧列组成；所述中间列由一列以上以竖直对称轴为对称中心的平面透镜主体单元结构组成，所述的中间列中的各平面透镜主体单元结构的尺寸以水平对称轴为中心向上下两边对称渐变减小；所述两侧列由中间列以外的各列平面透镜主体单元结构组成；所述两侧列中的各平面透镜主体单元结构的尺寸相同。

更进一步，所述平面透镜主体单元结构为方形金属贴片。

进一步地，所述超表面由一个以上纵向分布的超表面单元结构组成；所述各超表面单元结构6的折射率从靠近所述平面透镜向远离平面透镜方向梯度渐变减小。

更进一步，所述各超表面单元结构的结构相同。

更进一步，所述各超表面单元结构均由一个以上横向分布的H型结构单元组成，所述梯度折射率超表面单元中各H型结构单元的尺寸从靠近所述平面透镜向远离平面透镜方向梯度减小。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著技术进步：本发明对空间低微电磁能量起到汇聚效果，提高整流电路的输入功率，从而实现高效的电磁能量收集。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明平面透镜主体单元的俯视图；

图4是本发明超表面单元的俯视图；

其中1-介质基板，2-微带线，3-平面透镜主体，4-超表面，5-平面透镜主体单元结构，6-超表面单元结构，7-位于介质基板下的接地板，8-介质厚度，9-金属厚度，10-平面透镜主体单元周期，11-平面透镜主体单元方形贴片的边长，12-平面透镜主体单元贴片的间隙，13-超表面单元结构的周期，14-超表面单元结构的高度，15-H型结构中竖向金属条的宽度，16-H型结构中横向金属条的宽度，17-H型结构中横向金属条的高度，18-H型结构中竖向金属条的高度。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例，对本发明做进一步阐述。

实施例：

参见图1和图2，一种集成超表面和梯度折射率平面透镜的电磁能量收集结构，包括介质基板1、微带线2、平面透镜主体3、超表面4和接地板7；所述微带线2设置于所述介质基板1的上表面，所述平面透镜主体3的折射率梯度渐变，所述超表面4的相位梯度渐变。