一种便携的高增益无线能量发射机制造技术

本发明专利技术涉及一种便携的高增益无线能量发射机，包括电源模块、微带天线、主控制器，还包括有DDS信号源模块、射频信号发射模块和功率放大模块；其中电源模块的输出端与功率放大模块、主控制器、射频信号发射模块的供电端连接；主控制器与DDS信号源模块的控制端连接，DDS信号源模块的输出端与射频信号发射模块的输入端连接，射频信号发射模块的输出端通过SMA公母接头与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端通过SMA公母接头与微带天线连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线能量传输领域，更具体地，涉及一种便携的高增益无线能量发射机。
技术介绍
无线能量传输（WPT:WirelessPowerTransmission）技术摆脱了电缆的束缚，主要通过辐射、磁场共振、电感耦合等方式将能量以无线的方式传输到终端。在1891年，NikolaTesla进行了无线功率传输实验，证明了无线能量传输的可行性。美国和日本在这个领域的研究比较深入，在高功率场合有了长足的发展，并且多次进行了高功率的无线能量传输实验，给小型飞机输能，也点亮了500米之外的LED灯。WPT技术作为一项革命性的技术，在高功率场合正在逐步成熟化。对于微型设备而言，WPT技术也有了较好的发展。然而现在的WPT技术的实验或者应用基本只能在实验室进行，因为大多数WPT实验的发射端是由实验室昂贵的实验设备连接而成的，很难在一般的场景中进行WPT技术的实地测试和商业应用。在WPT技术逐渐商用化的今天，实有必要专利技术具备高增益、高效率、强方向性、低成本、便携的无线能量发射机，以满足WPT技术实际场景测试和商用化的需求。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种便携的无线能量发射机，其具有高增益、高效率和强方向性无线能量发射的优点。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种便携的高增益无线能量发射机，包括电源模块、微带天线、主控制器，还包括有DDS信号源模块、射频信号发射模块和功率放大模块；其中电源模块的输出端与功率放大模块、主控制器、射频信号发射模块的供电端连接；主控制器与DDS信号源模块的控制端连接，DDS信号源模块的输出端与射频信号发射模块的输入端连接，射频信号发射模块的输出端通过SMA公母接头与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端通过SMA公母接头与微带天线连接。无线能量发射机的工作过程如下：电源模块为功率放大模块、主控制器、射频信号发射模块提供低纹波、高效率的稳定输出电压。DDS信号源模块根据主控制器的控制产生相应波形和频率的发射信号，然后将其通过输出端输入至射频信号发射模块，射频信号发射模块根据接收的信号产生相应的射频能量，然后将产生的射频能量发送至功率放大模块，功率放大模块对射频能量进行放大，然后将放大了的射频能量通过微带天线辐射到空间中。上述方案中，发射能量经过放大后才通过微带天线进行发射，从而增大接收端的接收功率、增大传输距离。优选地，所述功率放大模块包括两个供电端，分别为漏极供电端和栅极供电端；所述无线能量发射机还包括有第一保险电路、第二保险电路、第三保险电路、第四保险电路、升压模块、降压模块、第一继电器、第二继电器和第三继电器；电源模块的输出端通过第一保险电路、升压模块、第一继电器与功率放大模块的漏极供电端连接；电源模块的输出端通过第二保险电路、降压模块、第二继电器与功率放大模块的栅极供电端连接；电源模块的输出端通过第三保险电路、第三继电器与射频信号发射模块的供电端连接；电源模块的输出端通过第四保险电路与主控制器的供电端连接；所述主控制器与第一继电器、第二继电器和第三继电器的控制端连接。上述方案中，由于无线能量发射机的电路结构包含主控制器，所以各个部件之间存在工作逻辑关系，具体如下：S1电源模块向主控制器供电，主控制器控制使DDS信号源模块产生相应波形和频率的发射信号，同时，主控制器控制使第三继电器导通，射频信号发射模块恢复供电，射频信号发射模块将DDS信号源模块产生的发射信号转换为相应的射频能量；S2.主控制器控制使第一继电器、第二继电器导通，使得功率放大模块开始工作，功率放大模块对射频能量进行放大，然后将放大了的射频能量通过微带天线辐射到空间中。上述方案中，增设第一保险电路、第二保险电路、第三保险电路、第四保险电路的作用主要在于防止电流过大烧毁模块。优选地，由于射频信号发射模块、功率放大模块在工作的过程中会产生较大的热量，在散热不及时的情况下射频信号发射模块、功率放大模块内的温度会较快地升高，影响射频信号发射模块、功率放大模块的正常工作。为了避免温度过高影响发射机的工作，就必须对射频信号发射模块、功率放大模块的温度进行监测。为此，本专利技术提供的无线能量发射机专门设置了第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器贴装在射频信号发射模块、功率放大模块上，并使其与主控制器连接。第一温度传感器和第二温度传感器用于采集射频信号发射模块、功率放大模块的实时温度情况并将其发送至主控制器，主控制器在实时采集的射频信号发射模块、功率放大模块的温度较高的情况下，可以通过控制断开第一继电器、第二继电器和第三继电器来停止功率放大模块、射频信号发射模块的工作，从而避免温度过高而损坏功率放大模块、射频信号发射模块。优选地，所述主控制器选用单片机。优选地，为了增强射频信号发射模块、功率放大模块散热的能力，所述射频信号发射模块、功率放大模块的底部贴装有散热铜片。优选地，所述射频信号发射模块为WiFi模块、ZigBee无线模块或蓝牙无线模块。优选地，所述微带天线为基于空气腔的微带定向天线。基于空气腔的微带定向天线具有强方向性和较好的前后比，且具有较高的发射增益和发射效率，发射增益达到8.4dB，发射效率达到96.4%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）本专利技术提供的无线能量发射机具有较大的频率带宽，具备较好的容错率。2）本专利技术提供的无线能量发射机采用独立的功率放大模块，具有较高的、稳定的增益和饱和输出功率。3）本专利技术提供的无线能量发射机采用基于空气腔的微带定向天线，其体积小，且具备高增益、高辐射效率、强方向性的优点。4）本专利技术提供的无线能量发射机集成度高，具备体积小、重量轻、成本低的优点。附图说明图1为无线能量发射机的电路拓扑图。图2为主控制器的控制流程图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本专利技术提供无线能量发射机的结构主要包括供电结构、功能结构和辅助结构三部分。其中，如图1所示，功能结构这部分主要包括的部件有微带天线、主控制器、逻辑开关、DDS信号源模块、射频信号发射模块和功率放大模块。其中，主控制器与DDS信号源模块的控制端连接，DDS信号源模块的输出端与射频信号发射模块的输入端连接，射频信号发射模块的输出端通过SMA公母接头与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端通过SMA公母接头与微带天线连接。其中逻辑开关用于决定主控制器是否工作。而至于供电结构这方面，如图1所示，主要包括总开关、电源模块、第一保险电路、第二保险电路、第三保险电路、第四保险电路、升压模块、降压模块、第一继电器、第二继电器和第三继电器，总开关用于决定电源模块是否向外供电。本实施例中，功率放大模块包括两个供电端，分别为漏极供电端和栅极供电端；其中，电源模块的输出端通过第一保险电路、升压模块、第一继电器与功率放大模块的漏极供电端连接；电源模块的输出端通过第二保险电路、降压模块、第二继电器与功率放大模块的栅极供电端连接；电源模块的输出端通过第三保险电路、第三继电器与射频信号发射模块的供电端连接；电源模块的输出端通过第四保险电路与主控制器的供电端连接；所述主控制器与第一继电器、第二继电器和第三继电器的控制端连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携的高增益无线能量发射机，包括电源模块、微带天线、主控制器，其特征在于：还包括有DDS信号源模块、射频信号发射模块和功率放大模块；其中电源模块的输出端与功率放大模块、主控制器、射频信号发射模块的供电端连接；主控制器与DDS信号源模块的控制端连接，DDS信号源模块的输出端与射频信号发射模块的输入端连接，射频信号发射模块的输出端通过SMA公母接头与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端通过SMA公母接头与微带天线连接。

【技术特征摘要】
1.一种便携的高增益无线能量发射机，包括电源模块、微带天线、主控制器，其特征在于：还包括有DDS信号源模块、射频信号发射模块和功率放大模块；其中电源模块的输出端与功率放大模块、主控制器、射频信号发射模块的供电端连接；主控制器与DDS信号源模块的控制端连接，DDS信号源模块的输出端与射频信号发射模块的输入端连接，射频信号发射模块的输出端通过SMA公母接头与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端通过SMA公母接头与微带天线连接。2.根据权利要求1所述的便携的高增益无线能量发射机，其特征在于：所述功率放大模块包括两个供电端，分别为漏极供电端和栅极供电端；所述无线能量发射机还包括有第一保险电路、第二保险电路、第三保险电路、第四保险电路、升压模块、降压模块、第一继电器、第二继电器和第三继电器；电源模块的输出端通过第一保险电路、升压模块、第一继电器与功率放大模块的漏极供电端连接；电源模块的输出端通过第二保险电路、降压模块、第二继电器与功率放大模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，谢昭家，区俊辉，安德烈·安德烈尼克，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44