CN105244635A - 一种微带整流天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带整流天线，包括介质基片，以及印刷在介质基片两面的接收天线和整流电路；接收天线由加载了紧凑型微带谐振单元的微带线对圆环槽进行耦合激励，可以避免天线的谐波辐射损耗；而整流电路采用串并联倍压电路结构，体积小，结构紧凑，转换效率高。本发明可用于微波输能***以及空间微波能量收集***，其优点是适用于***的平面小型化、便携式、低成本、易于集成、高转换效率。

Description

一种微带整流天线

技术领域

本发明属于无线能量传输领域，尤其涉及一种微带整流天线。

背景技术

随着石油和煤炭等不可再生资源日益短缺，新能源开发越发的受到国际社会的关注，1968年美国Glaster博士首次提出空间太阳能发电的构想，而实现此构想关键技术之一是能量的传输，即微波输能技术(MicrowavePowerTransmission,MPT)。随着现代半导体技术和集成电子技术的发展，MPT技术逐渐运用于低功耗的电子设备，如微能量收集***，射频识别***和生物医学设备等。

整流天线是MPT技术最关键的部分之一，其性能将影响整个MPT***的效率。整流天线具体工作原理是接收天线接收到空间内传来的微波能量，经由整流电路将其转化为直流电供应负载工作。要得到整个***高的转化效率，接收天线和整流电路都必须有着较高的效率，同时为了能适应电子设备小型化和便携的需求，整流天线需要被设计得平面易集成。

但是由于传统的整流天线体积大，成本高，转化效率低，在很多应用中受到限制。为了提高整流电路效率，现有一种整流电路采用F类电路形式(见JiapinGuo,HongxianZhangandXienenZhu.“TheoreticalAnalysisofRF-DCConversionEfficiencyforClass-FRectifiers”.IEEETransactionsonMicrowaveTheory&Techniques2014)，其在5.8GHz电路转换效率达到79.5％，但是其结构复杂，且平面尺寸庞大，不利于集成。另外两种形式的整流天线(见ChouJH,LinDB,WengKL,etal.“AllPolarizationReceivingRectennaWithHarmonicRejectionPropertyforWirelessPowerTransmission”.IEEETransactionsonAntennas&Propagation2014和SongC,HuangY,ZhouJ,etal.“AHigh-efficiencyBroadbandRectennaforAmbientWirelessEnergyHarvesting”.IEEETransactionsonAntennas&Propagation2015)则采用了加载紧凑微带谐振单元抑制二次、三次等高次谐波，从而提高天线效率，但是天线皆为多层结构，没有平面化。这里提出的微带整流天线的接收天线和整流电路集成在一个基板上，具有体积小，平面化，转换效率高等优点。

发明内容

本发明的目的是提出一种微带整流天线，克服现有整流天线体积大，不易集成，加工成本高，转换效率低的缺点。

本发明的技术方案是：一种微带整流天线，包括介质基片，以及印刷在介质基片两面的接收天线和整流电路。接收天线包括圆环槽以及微带馈线，整流电路包括匹配电路、第一整流二极管、第二整流二极管、旁路电容以及输出负载。接收天线通过微带馈线与匹配电路的输入端相连，匹配电路的输出端分别与第一整流二极管的阴极和第二整流二极管的阳极相连；第一整流二极管的阳极接地，第二整流二极管的阴极经并联的旁路电容与负载连接。

进一步的，所述圆环槽位于介质基片的下表面，所述微带馈线以及整流电路位于介质基片的上表面，所述微带馈线通过耦合的方式激励圆环槽进行电磁辐射。

进一步的，所述微带馈线加载有具有谐波抑制功能的紧凑型微带谐振单元，滤除二次三次等高次谐波，提高天线的效率。所述谐振单元可以采用上下对称的结构，也可以采用上下不对称的结构。

进一步的，所述匹配电路采用T型微带枝节匹配结构，其枝节宽带和长度由第一整流二极管处的输入阻抗值决定。

进一步的，所述第一整流二极管、第二整流二极管采用串并联的方式与旁路电容以及负载一起完成微波信号到直流信号的转换，提高电路整体耐压性。所述负载选值尽可能的大以实现最大直流功率输出。

本发明的优点和有益效果：

(1)本发明基于微带结构实现，接收天线和整流电路集成在一个基板上，同时采用印刷电路技术，成本低，可批量生产。

(2)本发明的微带接收天线由加载了紧凑型微带谐振单元的微带线进行耦合激励，可以避免天线的谐波辐射损耗，提高接收整流效率高，且易于组阵。

(3)本发明的整流电路采用串并联倍压电路结构，体积小，结构紧凑，转换效率高。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图

图2是本发明的实测S₁₁测试图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种微带整流天线，包括介质基片1，以及印刷在介质基片1两面的接收天线2和整流电路3。介质基片1使用厚0.508mm，介电常数为3.5，损耗正切角为0.0018，铜层厚度为0.018mm的RF35介质基片，尺寸为100*50mm；选定金属化通孔直径为0.8mm。所述接收天线2包括圆环槽21以及微带馈线22，整流电路3包括匹配电路31、第一整流二极管32、第二整流二极管33、旁路电容34以及输出负载35。接收天线2通过微带馈线22与匹配电路31的输入端相连，匹配电路31的输出端分别与第一整流二极管32的阴极和第二整流二极管33的阳极相连；第一整流二极管32的阳极接地，第二整流二极管33的阴极经并联的旁路电容34与负载35连接。整流二极管的型号选为SOT-323封装的AgilentHSMS-8202，旁路电容的容值选定为100pF。

进一步的，所述圆环槽21位于介质基片1的下表面，圆环槽内外半径分别为10mm和13.8mm。所述微带馈线22以及整流电路3位于介质基片1的上表面，所述微带馈线22通过耦合的方式激励圆环槽21进行电磁辐射。

进一步的，所述微带馈线22加载有具有谐波抑制功能的紧凑型微带谐振单元221，滤除二次三次等高次谐波，提高天线的效率。所述谐振单元221采用上下对称的结构。

进一步的，所述匹配电路31采用T型微带枝节匹配结构。

进一步的，第一整流二极管32、第二整流二极管33采用串并联的方式与旁路电容34以及负载35一起完成微波信号到直流信号的转换，提高电路整体耐压性。所述负载35选值为3000欧姆。

如图2的测试结果所示，该微带整流天线工作频为2.45GHz，回波损耗为27dB，二次谐波和三次谐波频率处回波损耗分别为0.4dB和0.7dB，有很好的高次谐波抑制效果；交流转直流效率最佳为69.6％

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种微带整流天线，包括介质基片(1)，以及印刷在介质基片(1)两面的接收天线(2)和整流电路(3)，其特征在于：所述接收天线(2)包括圆环槽(21)以及微带馈线(22)；整流电路(3)包括匹配电路(31)、第一整流二极管(32)、第二整流二极管(33)、旁路电容(34)以及输出负载(35)；接收天线(2)通过微带馈线(22)与匹配电路(31)的输入端相连，匹配电路(31)的输出端分别与第一整流二极管(32)的阴极和第二整流二极管(33)的阳极相连；第一整流二极管(32)阳极接地，第二整流二极管(33)的阴极经并联的旁路电容(34)与负载(35)连接。

2.根据权利要求1所述的一种微带整流天线，其特征在于：所述圆环槽(21)位于介质基片(1)的下表面；所述微带馈线(22)以及整流电路(3)位于介质基片(1)的上表面；所述微带馈线(22)通过耦合的方式激励圆环槽(21)进行电磁辐射。

3.根据权利要求1所述的一种微带整流天线，其特征在于：所述微带馈线(22)加载有具有谐波抑制功能的紧凑型微带谐振单元(221)；所述谐振单元(221)可以采用上下对称的结构，也可以采用上下不对称的结构。

4.根据权利要求1所述的一种微带整流天线，其特征在于：所述匹配电路(31)采用T型微带枝节匹配结构，其枝节宽带和长度由第一整流二极管(32)处的输入阻抗值决定。

5.根据权利要求1所述的一种微带整流天线，其特征在于：所述第一整流二极管(32)、第二整流二极管(33)采用串并联的方式与旁路电容(34)以及负载(35)一起完成微波信号到直流信号的转换；所述负载(35)选值尽可能的大以实现最大直流功率输出。