CN1972075A - 一种接收整流天线 - Google Patents

Abstract

一种接收整流天线，其特征在于，包括接收天线[1]、整流电路、滤波电路和匹配电路[3]，上述各部分均采用印刷电路，整个接收整流天线制作在一个聚四氟乙烯基片上，基片的两面使用覆盖上金属铜薄膜，其中的一面作为接地面[8]。本发明剖面低、体积小、重量轻，具有平面结构，易于和用电设备共面共形。适合于用印刷电路技术大批量生产，成本低。天线型式和性能多样化，便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

Description

一种接收整流天线

技术领域

本发明涉及接收整流天线。

背景技术

二十世纪六十年代，为了解决世界对能源需求的日益增加和传统能源面临耗尽之间的矛盾，提出了太空太阳能电站的构想：在太空中，利用安装在卫星上的太阳能电池收集电能，然后再用微波输电的方式将电能传输到地球。微波输电的方式是：先把电能转换为微波能量发射到地球表面，在地表接收微波能量并转换为电能，为用电设备供电。

接收整流天线是微波输电***中的一部分，用来将发射到地表的微波能量接收并转换为直流或者交流电能。除了可以用于微波输电***中，接收整流天线还可以用于：向卫星和轨道运载工具供电，驱动无人飞行器，以及向小型便携设备供电。

早期的接收整流天线一般设计为喇叭口天线或者抛物面天线的形式。使用这样的接收整流天线，加州理工学院在野外完成了1.6千米远的微波输电实验。但是这种天线的缺点主要是：体积大、制造成本高，所以缺乏实用性。此后，雷生公司的布朗使用铝条设计并制造了微波接收整流天线，天线体积明显减小，但是铝条天线仍然过于笨重，而且一旦大规模实用，将耗费大量的金属材料。

发明内容

为了克服现有接收整流天线体积大、制造成本高、笨重、不利于大规模制造等缺点，本发明提出一种采用新结构的印刷电能接收整流天线。这种接收整流天线总量轻，制造方便，非常适于大规模实用。

本发明接收整流天线由如下几部分组成：接收天线、整流电路、滤波电路和匹配电路，以上部分都采用印刷电路，整体制作在同一介质基片上。本发明包括微带天线、带状线天线、耦合微带天线和共面带线天线等形式。

接收天线用来接收微波能量，接收天线一般设计为贴片天线形式，采用腔模理论的设计方法，馈电方式有侧馈式和背馈式两种。可以根据实用的需要，设计为线极化、圆极化、双极化等极化方式。如果采用线极化方式，微波发射端天线和接收天线之间要求极化对准；如果不满足极化对准的条件，一般将接收天线设计为圆极化或双极化方式。

整流电路是接收整流天线的核心部分，利用二极管的非线性效应，将微波能量转换为直流能量和小部分的谐波，整流电路结构有主要有桥式全波整流电路和单个二极管半波整流电路两种。

滤波电路用来抑制整流过程中产生的谐波，将微波能量限制在整流电路范围内，滤波电路包括输入滤波和输出滤波两部分，分别在整流电路的两端。滤波电路的设计有两种常用方案：其一是，输入滤波器让基波无损耗通过，阻止奇次谐波通过；输出滤波器让直流和偶次谐波通过，阻止基波和奇次谐波通过。其二是，输入滤波器只让基波通过，阻止谐波通过；输出滤波器只让直流通过，阻止基波和谐波通过。

匹配电路用来保证接收天线和整流电路的阻抗匹配，以及整流电路和外接用电设备之间的阻抗匹配。

本发明主要有以下优点：

第一，剖面低、体积小、重量轻，具有平面结构，易于和用电设备共面共形。

第二，接收整流天线整体制作在同一介质基片上，适合于用印刷电路技术大批量生产，成本低。

第三，天线型式和性能多样化，例如便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

附图说明

附图是印刷电路接收整流天线的电路连接关系图。

具体实施方法

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图所示本发明由如下几部分组成：接收天线1、整流二极管4、滤波电路和匹配电路3，以上部分都采用印刷电路，整个接收整流天线制作在一个介质基片上，基片材料为聚四氟乙烯，基片的两面使用印刷技术覆盖上金属铜薄膜，其中的一面作为接地面8。接收整流天线的工作频率是5.8GHz。

接收天线1是采用截角型式的圆极化微带天线，使得接收天线在5.8GHz的工作频率时有较好的圆极化特性。接收天线采用侧面馈电方式。为了便于阻抗匹配，接收天线1的输入阻抗和馈线的特性阻抗调整到相同，并且都只有电阻部分。

直接与接收天线相连的是输入滤波器2，采用五阶的微带滤波器，作用是使得5.8GHz基波无损耗通过，阻止谐波通过，以防止谐波回流到接收天线1。

本实施例采用单个整流二极管4作为半波整流电路，它将微波能量转换为直流能量和小部分的谐波，和桥式全波整流相比，半波整流的能量转换效率相当，而电路结构却简单得多。整流二极管4的型号是HSMS-286；它有两个引脚，一个和匹配电路3中的微带线相连，另一个焊接在过孔的焊盘上，也就是和接地面8相连。

输出滤波器5由一段微带传输线和电容7共同构成，电容7也是一个引脚焊接在这一段微带传输线上，另一个焊接在过孔的焊盘上。输出滤波器5使得直流无损耗通过，阻止基波和谐波通过。于是，微波能量被限制在输入滤波器2和输出滤波器5之间。

匹配电路3用来保证接收天线1和整流二极管4之间的阻抗匹配，也就是使得从匹配电路3看过去的输入阻抗等于天线的输入阻抗，阻抗匹配的目的是使得用电设备6得到的直流功率最大；匹配电路3由一段四分之一波长微带线构成。

用电设备6作为接收整流天线输出直流功率的负载。当向接收天线1发射5.8GHz微波时，用电设备6上就能测量到直流功率，这是由接收整流天线将微波能量转换得到的直流电能。

采用本实施方式的接收整流天线，其能量转换效率可以达到78％。输出直流的功率密度为每千克59000瓦，而铝条接收整流天线的输出功率密度只有每千克5000瓦。

Claims (4)

1.一种接收整流天线，其特征在于，包括接收天线[1]、整流电路、滤波电路和匹配电路[3]，上述各部分均采用印刷电路，整个接收整流天线制作在一个聚四氟乙烯基片上，基片的两面覆盖上金属铜薄膜，其中的一面作为接地面[8]。

2.根据权利要求1所述的接收整流天线，其特征在于，接收天线[1]采用截角型圆极化微带天线，侧面馈电方式；滤波电路[3]直接与接收天线相连；整流二极管[4]的一个引脚和匹配电路[3]中的微带线相连，另一个引脚焊接在过孔的焊盘上，和接地面[8]相连；输出滤波器[5]由一段微带传输线和电容[7]共同构成，电容[7]一个引脚焊接在这一段微带传输线上，另一个焊接在过孔的焊盘上；匹配电路[3]由一段四分之一波长微带线构成。

3.根据权利要求1或2所述的接收整流天线，其特征在于整流电路为全波整流或半波整流。

4、根据权利要求1或2所述的接收整流天线，其特征在于接收天线[1]可包括微带天线、带状线天线、耦合微带天线和共面带线天线。