RU217705U1 - Устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии - Google Patents
Устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU217705U1 RU217705U1 RU2022132115U RU2022132115U RU217705U1 RU 217705 U1 RU217705 U1 RU 217705U1 RU 2022132115 U RU2022132115 U RU 2022132115U RU 2022132115 U RU2022132115 U RU 2022132115U RU 217705 U1 RU217705 U1 RU 217705U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- antenna
- receiving part
- control logic
- power transmission
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области СВЧ-радиоэлектроники для беспроводной передачи энергии с помощью СВЧ-излучения энергозависимым устройствам. Предлагаемое устройство СВЧ беспроводной передачи энергии состоит из передающей и приемной частей. СВЧ-сигнал, формируемый источником энергии (1), подводится с помощью СВЧ-ключа (2), контролируемого управляющей логикой (3) к заданному входу планарной линзы Ротмана (4), которая формирует амплитудно-фазовое распределение вдоль излучающей апертуры антенной решетки (5), антенная решетка формирует СВЧ-излучение в заданном направлении. В приемной части сигнал принимается антенной со встроенным выпрямителем (6), в которой происходит преобразование СВЧ-сигнала в энергию постоянного тока, выделяемого на нагрузке (7), контролируемый управляющей логикой (8). Для определения положения приемной части в ней расположен источник пилотного сигнала (9), который под управлением управляющей логикой излучается антенной приемной части (б). Достигаемым техническим результатом является увеличение КПД устройства беспроводной передачи энергии за счет использования в структуре диаграммообразующей цепи антенной системы пассивной планарной линзы Ротмана, не требующей управляющих элементов кроме СВЧ-ключа, имеющего незначительное энергопотребление.
Description
Полезная модель относится к СВЧ-радиоэлектронике и может быть использована для беспроводной передачи энергии с помощью СВЧ-излучения энергозависимым устройствам, таким как мобильные устройства связи, беспроводные сенсоры, устройства радиочастотной идентификации и др.
Из существующего уровня техники известно множество вариантов реализации устройств беспроводной сверхвысокочастотной (СВЧ) передачи энергии, принцип работы которых, заключается в формировании направленного СВЧ-излучения передающим устройством через свободное пространство к приемному устройству для дальнейшего преобразовании СВЧ-энергии в энергию постоянного тока, как например, портативный комплекс беспроводной передачи энергии для электропитания энергозависимых устройств (RU 2686059). Однако, в заявленной системе, в состав устройства передачи энергии входит одна антенна, что не позволяет сформировать направленное излучение к приемному устройству в составе системы.
Наиболее близким аналогом является устройство СВЧ-беспроводной передачи энергии, представленное в документе (RU 2719472). Данная система содержит источник энергии, фазированную антенную решетку, представляющую собой диаграммообразующую цепь с антенной решеткой для формирования излучения в направлении приемного устройства, управляющую логику и устройство связи с приемным устройством. В приемном устройстве содержится антенна со встроенным выпрямителем, который преобразует СВЧ-энергию в энергию постоянного тока для зарядки аккумулятора. Дополнительные устройства связи в приемном и передающем устройствах, расположенные отдельно от антенной системы передачи энергии, служат для определения положения приемного устройства.
Недостатком известного устройства является использование активной фазированной антенной решетки, что приводит к дополнительным потерям СВЧ-энергии, а также потерям в цепях управления и питания, что уменьшает коэффициент полезного действия (КПД) всей системы беспроводной передачи энергии за счет дополнительного энергопотребления активных элементов в составе фазированной антенной решетки. Кроме того, используются дополнительные устройства связи приемного и передающего устройств для определения положения приемного устройства.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение КПД устройства.
Для решения поставленной задачи устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии, также, как и известное, содержит передающую часть, в состав которой входят источник энергии, управляющая логика, диаграммообразующая цепь, формирующая направленное излучение в заданном направлении, и приемную часть, содержащую антенну со встроенным выпрямителем, управляющую логику и нагрузку. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом диаграммообразующая цепь передающей части выполнена в виде планарной линзы Ротмана, в которую введен СВЧ-ключ, соединяющий соответствующий вход планарной линзы с генератором СВЧ-сигнала, а к выходам планарной линзы подключена антенная решетка, формирующая с заданным линзой Ротмана амплитудно-фазовым распределением СВЧ-излучение в направлении приемной части системы,
Достигаемым техническим результатом является увеличение КПД устройства беспроводной передачи энергии за счет использования в структуре диаграммообразующей цепи антенной системы планарной линзы Ротмана, не требующей управляющих элементов кроме СВЧ-ключа, имеющего незначительное энергопотребление.
Признаки, содержащиеся в п. 2 формулы полезной модели, характеризуют устройство, в котором источник пилотного сигнала расположен в его приемной части устройства. Достигаемым техническим результатом является сокращение используемого оборудования за счет определения положения приемного устройства с помощью антенной решетки и линзы Ротмана без использования дополнительного оборудования.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии состоит из двух главных частей передающей и приемной. СВЧ-сигнал формируемый источником энергии 1 подводится с помощью СВЧ-ключа 2, контролируемого управляющей логикой 3 к заданному входу планарной линзы Ротмана 4, которая формирует амплитудно-фазовое распределение вдоль излучающей апертуры антенной решетки 5, антенная решетка формирует СВЧ-излучение в заданном направлении в соответствии с заданным распределением. В приемной части сигнал принимается антенной со встроенным выпрямителем 6, в которой происходит преобразование СВЧ-сигнала в энергию постоянного тока, выделяемого на нагрузке 7, контролируемый управляющей логикой 8. Для определения положения приемной части в ней расположен источник пилотного сигнала 9, который под управлением управляющей логикой излучается антенной приемной частью 6.
Устройство беспроводной передачи энергии осуществляет передачу СВЧ-энергии с помощью антенной решетки и пассивной планарной линзы Ротмана, которая характеризуется меньшими потерями по сравнению с активной фазированной антенной решеткой, так как не содержит в себе активных управляющих элементов задающих амплитудно-фазовое распределение вдоль излучающей апертуры антенной решетки, кроме СВЧ-ключа, энергопотребление которого незначительно по сравнению с остальной системой, что увеличивает результирующее КПД всего устройства. Планарная линза Ротмана, являясь пассивной не требует активного управления, а необходимое амплитудно-фазовое распределение в антенной решетке создается за счет переключения входов планарной линзы. Принцип определения расположения приемной части основан на использовании пилотного сигнала, который излучается приемной частью. Пилотный сигнал принимается передающей частью, определяя направление прихода сигнала и перенаправляя СВЧ-излучение в заданном направлении. Может использоваться режим как с временным разделением каналов, так частотным. Диаграммообразующая цепь в виде планарной линзы имеет множество входов выходов, которые подключены к антенной решетке. В режиме излучения СВЧ-сигнал с выхода источника энергии, с минимальными потерями поступает через СВЧ-ключ на один из входов планарной линзы Ротмана. Распространяясь вдоль планарной линзы, СВЧ-сигнал на выходах линзы имеет амплитудно-фазовое распределение, необходимое для формирования узконаправленного луча в заданном направлении, что позволяет компенсировать общие потери на распространение электромагнитных волн в свободном пространстве. Контроль положения СВЧ-ключа осуществляется с помощью управляющей логики. Выбор входа планарной линзы определяет направление излучения антенной. Планарная линза является взаимным устройством, что означает, что в режиме приема, падающая волна, которая приходит с некоторыми временными задержками через массив элементов антенной решетки, суммируются в фазе, главным образом, на одном из входов планарной линзы. Данное свойство эффективно используется для пассивного метода оценки направления прихода сигнала. Для определения расположения приемной части в конструкцию приемника включен дополнительно источник пилотного сигнала, контролируемый управляющей логикой. Пилотный сигнал излучается антенной приемной части, в то время как, передающая часть в режиме приема, принимая данный сигнал антенной решеткой и, анализируя сигнал по уровню мощности на входах линзы Ротмана. С помощью управляющей логики определяется номер входа планарной линзы, соответствующий, наивысшему уровню мощности пилотного сигнала. В течение временного интервала передачи антенная решетка передает сигнал в требуемом направлении путем подключения СВЧ-генератора к соответствующему входу диаграммообразующей цепи. Далее на основе известного направления управляющая логика передающей части с помощью СВЧ-ключа подключает источник энергии к заданному входу планарной линзы Ротмана. Излученный антенной решеткой передающей части СВЧ-сигнал принимается антенной приемной части, и далее СВЧ-сигнал преобразуется с помощью выпрямителя в энергию постоянного тока, выделяемого на нагрузке. Контроль мощности на нагрузке осуществляется управляющей логикой.
Описание структурной схемы устройства беспроводной передачи энергии и принципов ее работы показывают возможность выполнения диаграммообразующей цепи передающей части устройства на основе планарной линзы Ротмана, которая не требует для работы дополнительного энергозатратного оборудования, что приводит к повышению КПД по сравнению с известным устройством.
Claims (2)
1. Устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии, содержащее передающую часть, в состав которой входят источник энергии, управляющая логика, диаграммообразующая цепь, формирующая направленное излучение в заданном направлении, и приемную часть, содержащую антенну со встроенным выпрямителем, управляющую логику и нагрузку, отличающееся тем, что диаграммообразующая цепь передающей части выполнена в виде планарной линзы Ротмана, в которую введен СВЧ-ключ, соединяющий соответствующий вход планарной линзы с генератором СВЧ-сигнала, а к выходам планарной линзы подключена антенная решетка, формирующая с заданным линзой Ротмана амплитудно-фазовым распределением СВЧ-излучение в направлении приемной части системы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемная часть устройства содержит источник пилотного сигнала.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217705U1 true RU217705U1 (ru) | 2023-04-13 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6967462B1 (en) * | 2003-06-05 | 2005-11-22 | Nasa Glenn Research Center | Charging of devices by microwave power beaming |
RU2658864C2 (ru) * | 2013-07-17 | 2018-06-25 | Конинклейке Филипс Н.В. | Беспроводная передача индуктивной мощности |
WO2018226871A1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-12-13 | Supply, Inc. | Method and system for wireless power delivery |
RU2719472C2 (ru) * | 2010-08-23 | 2020-04-17 | Оссиа Инк. | Система беспроводной передачи энергии |
WO2020223486A1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Georgia Tech Research Corporation | High gain and large beamwidth rotman-lens-based and mm-wave energy harvester systems and associated methods |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6967462B1 (en) * | 2003-06-05 | 2005-11-22 | Nasa Glenn Research Center | Charging of devices by microwave power beaming |
RU2719472C2 (ru) * | 2010-08-23 | 2020-04-17 | Оссиа Инк. | Система беспроводной передачи энергии |
RU2658864C2 (ru) * | 2013-07-17 | 2018-06-25 | Конинклейке Филипс Н.В. | Беспроводная передача индуктивной мощности |
WO2018226871A1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-12-13 | Supply, Inc. | Method and system for wireless power delivery |
WO2020223486A1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Georgia Tech Research Corporation | High gain and large beamwidth rotman-lens-based and mm-wave energy harvester systems and associated methods |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
HAYOUNG HONG еt al, Design of Rotman Lens for Far-field Wireless Power Transfer at Ka-band, 2020 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC), Seoul, 15-19 November, 2020. * |
SARATH SANKAR VINNAKOTA еt al, Rectifier Integrated Multibeam Luneburg Lens Employing Artificial Dielectric as a Wireless Power Transfer Medium at mm wave band, IEEE Photonics Journal, Volume: 13, Issue: 3, June 2021. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yedavalli et al. | Far-field RF wireless power transfer with blind adaptive beamforming for Internet of Things devices | |
CN110739527B (zh) | 一种波束重构方法、天线、微波设备和网络*** | |
US9030161B2 (en) | Wireless power transmission | |
Re et al. | Circularly polarized retrodirective antenna array for wireless power transmission | |
US10763704B2 (en) | Microwave wireless charger with focusing of microwave field | |
CN101711450A (zh) | 无线功率传输*** | |
JP6437954B2 (ja) | 無線給電方法 | |
US20170111073A1 (en) | Rf receiver | |
CN106159461A (zh) | 天线阵列***及控制方法 | |
TW201828536A (zh) | 具極化追蹤之射頻傳能裝置、具定位與極化追蹤之射頻傳能裝置、射頻獵能裝置及其射頻傳能方法 | |
CN112448489A (zh) | 无线充电接收装置、发射装置、***和移动终端 | |
Chen et al. | Investigation on beam collection efficiency in microwave wireless power transmission | |
Pereira et al. | Quasi-optical analysis of a double reflector microwave antenna system | |
RU217705U1 (ru) | Устройство сверхвысокочастотной беспроводной передачи энергии | |
KR20210022362A (ko) | 무선전력 전송 효율의 향상을 위한 송신 안테나 제어장치 및 그 제어방법 | |
Song et al. | Highly efficient wideband mmwave rectennas for wireless power transfer system with low-cost multi-node tracking capability | |
Re et al. | Retrodirective antenna array for circularly polarized wireless power transmission | |
CHANG et al. | Programmable metasurface for simultaneously wireless information and power transfer system | |
CN108173357B (zh) | 无线供电方法 | |
Pirzada et al. | A mid-range wireless power transfer system for portable electronic devices using beam forming | |
CN114243952A (zh) | 射频前端电路和无线网络设备 | |
Ahn | Wireless power transmission with rough beamforming method | |
JP2016101053A (ja) | 電力伝送装置、電力伝送システム、及び電力伝送方法 | |
US20190222071A1 (en) | Wireless power transmission system | |
Chen et al. | Rotman-Lens-Based Reconfigurable Intelligence Surface mmID with Energy Harvesting Capability |