一种低剖面小型微波输能整流器制造技术

本发明专利技术公开了一种低剖面小型微波输能整流器，其包括有至少一个整流组件，所述整流组件包括由前至后依次设置的频率选择表面层、金属地板层和整流电路层，所述频率选择表面层、金属地板层和整流电路层之间通过两个基板分隔，所述频率选择表面层通过贯穿于金属地板层和基板的金属过孔与整流电路层连接，且所述金属过孔与金属地板层相互绝缘，所述整流电路层包括有二极管、走线和输出端，所述金属过孔通过走线而连接于二极管的阳极，所述二极管的阴极连接于输出端。本发明专利技术能实现电磁波能量的高效传输，同时满足低剖面、小型化、低成本要求。

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面小型微波输能整流器
本专利技术涉及微波能量转化装置，尤其涉及一种低剖面小型微波输能整流器。
技术介绍
太阳每秒钟供给地球的能量达到4.1×1013千卡，相当于每秒钟燃烧500万吨优质燃煤所发出的能量。而散失在太空中的太阳能要比供给地球的能量多22亿倍。在太空中建立太阳能卫星基地，将源源不断的清洁太阳能转换为电能，然后将电能转换成适当频率的微波能量，再由发射天线定向辐射到地球上，并由整流组件接收能量，最终通过整流组件将微波能量转换成可以方便使用和存储的直流电能。无线微波输能(MPT)主要应用于太阳能卫星系统，并在高空飞行器供能、恶劣环境电力传输、低功率组件供电如无线身份识别(RFID)供电、人体内部医疗器械供电、手机电池无线充电等领域得到了重要应用。微波输能有三个过程：1.微波的产生；2.微波的发射和传输；3.微波的接收和转换。在整个MPT系统中，主要装置是整流组件，其一般包含接收整流天线及整流电路，它能够完成MPT的第三个过程，即接收一定频率的微波并将其转换成直流电。接收电磁能量的整流组件是MPT系统的关键技术，早期的接收整流一般为抛物面天线或喇叭天线，但是天线的重量高、体积大，此后多采用铝条做成的半波偶极子天线用于接收，虽然在一定程度上减小了接收天线的重量和体积，但依然无法满足小型化要求，难以推广应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能实现电磁波能量的高效传输，同时满足低剖面、小型化、低成本要求的微波输能整流器。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种低剖面小型微波输能整流器，其包括有至少一个整流组件，所述整流组件包括由前至后依次设置的频率选择表面层、金属地板层和整流电路层，所述频率选择表面层、金属地板层和整流电路层之间通过两个基板分隔，所述频率选择表面层通过贯穿于金属地板层和基板的金属过孔与整流电路层连接，且所述金属过孔与金属地板层相互绝缘，所述整流电路层包括有二极管、走线和输出端，所述金属过孔通过走线连接于二极管的阳极，所述二极管的阴极连接于输出端。优选地，所述整流电路层还包括有隔直电容，所述隔直电容的一端通过走线而连接于金属过孔，所述隔直电容的另一端连接于输出端。优选地，所述二极管的阴极与输出端之间连接有微带枝节。优选地，所述频率选择表面层包括由前至后依次设置的电容层、电感层和金属贴片层，所述电容层、电感层和金属贴片层之间通过两个基板分隔。优选地，所述电容层与金属贴片层的结构相同。优选地，所述电感层为金属栅格。优选地，所述金属过孔的端部连接于电感层。优选地，所述金属地板层上开设有圆形的避空位，所述金属过孔穿过所述避空位，所述避空位的直径大于金属过孔的直径，以令所述金属过孔与金属地板层之间形成缝隙。优选地，所述基板是厚度为2mm的聚四氟乙烯基板。优选地，包括有多个整流组件，多个整流组件呈阵列式拼接。本专利技术公开的低剖面小型微波输能整流器中，将频率选择表面层作为电磁波接收器件，用于减少工作频段内电磁波的反射，金属地板层用于阻隔所有频段的电磁波，保证电磁波不会透过，使得工作频段内大部分电磁能量经由金属过孔而流入整流电路层，通过合理设计过孔位置能使电磁波能量高效地到达整流电路层，在二极管的作用下将电信号整流，并由输出端输出直流信号，基于上述结构，本专利技术实现了电磁波能量的高效传输，同时，所述频率选择表面层、金属地板层、整流电路层和基板采用印刷多层线路板的工艺制备而成，使得整流组件满足低剖面、小型化、低成本等要求，适合在微波能量转化装置中推广应用，并具有较好的应用前景。附图说明图1为本专利技术多个整流组件阵列式拼接后的结构图。图2为本专利技术整流组件的结构图。图3为本专利技术整流组件的剖面结构示意图。图4为本专利技术整流电路层的电路原理图。图5为本专利技术整流组件的分解图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作更加详细的描述。本专利技术公开了一种低剖面小型微波输能整流器，结合图1至图5所示，其包括有至少一个整流组件1，所述整流组件1包括由前至后依次设置的频率选择表面层2、金属地板层3和整流电路层4，所述频率选择表面层2、金属地板层3和整流电路层4之间通过两个基板5分隔，所述频率选择表面层2通过贯穿于金属地板层3和基板5的金属过孔6而连接于整流电路层4，且所述金属过孔6与金属地板层3相互绝缘，所述整流电路层4包括有二极管D1、走线7和输出端8，所述金属过孔6通过走线7而连接于二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接于输出端8。上述微波输能整流器中，将频率选择表面层2作为电磁波接收器件，用于减少工作频段内电磁波的反射，金属地板层3用于阻隔所有频段的电磁波，保证电磁波不会透过，使得工作频段内大部分电磁能量经由金属过孔6而流入整流电路层4，通过合理设计过孔位置能使电磁波能量高效地到达整流电路层4，在二极管D1的作用下将电信号整流，并由输出端8输出直流信号，基于上述结构，本专利技术实现了电磁波能量的高效传输，同时，所述频率选择表面层2、金属地板层3、整流电路层4和基板5采用印刷多层线路板的工艺制备而成，使得整流组件满足低剖面、小型化、低成本等要求，适合在微波能量转化装置中推广应用，并具有较好的应用前景。本专利技术优选采用了耦合型FSS层(即频率选择表面层)，由于耦合型FSS具有小型化特点，其周期尺寸小于工作波长的十分之一，使得整流组件的大小可以进一步缩小。本实施例中，请参照图4，所述整流电路层4还包括有隔直电容C1，所述隔直电容C1的一端通过走线7而连接于金属过孔6，所述隔直电容C1的另一端连接于输出端8。本专利技术通过设计频率选择表面层2，使得电磁波到达频率选择表面层2时在工作频段内无反射，在工作频带外全反射，耦合型频率选择表面层2具有小型化特点，晶格周期经设计后可以小于工作波长十分之一，金属地板层3能保证所有电磁波都不能透过整流组件，致使整流组件具有较高的空间电磁波截获效率。同时，本专利技术合理设计过孔位置，在频率选择表面层2表面的感应电流最强处开过孔，则绝大部分感应电流都经过孔流向整流电路，保证整流组件具有高的电磁波耦合效率。其次，合理设计整流电路，使用低反偏电容，开关响应快的二极管做整流器，在直流输出端用隔直电容防止高次谐波的反射。此外，整流组件工作在5.8GHz,该频率电磁波穿过大气层时衰减较小，是微波的“大气窗口”并且相对2.45GHz整流组件尺寸更小，更满足小型化的要求。本实施例中，所述二极管D1的阴极与输出端8之间连接有微带枝节9。其中，二极管与输出段之间的微带枝节9作为直通滤波器，可防止基频通过并保证直流信号到达输出端。为获得高整流效率，二极管的选择十分关键，要求二极管开关速度快且有较低的导通电压，允许较高的微波功率输入。关于频率选择表面层2的具体结构，结合图3和图5所示，所述频率选择表面层2包括由前至后依次设置的电容层20、电感层21和金属贴片层22，所述电容层20、电感层21和金属贴片层22之间通过两个基板5分隔。本实施例中，所述电容层20与金属贴片层22的结构相同。所述电感层21为金属栅格。作为一种优选方式，所述金属过孔6的端部连接于电感层21。由于耦合型频率选择表面层2谐振时电感层21的感应电流最强，所以本专利技术优选在电感层21开设金属过孔6，并利用金属过孔6引导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剖面小型微波输能整流器，其特征在于，包括至少一个整流组件(1)，所述整流组件(1)包括由前至后依次设置的频率选择表面层(2)、金属地板层(3)和整流电路层(4)；所述频率选择表面层(2)、所述金属地板层(3)和所述整流电路层(4)之间通过两个基板(5)分隔，所述频率选择表面层(2)通过贯穿于所述金属地板层(3)和所述基板(5)的金属过孔(6)与所述整流电路层(4)连接，且所述金属过孔(6)与所述金属地板层(3)相互绝缘；所述整流电路层(4)包括二极管(D1)、走线(7)和输出端(8)，所述金属过孔(6)通过走线(7)连接于二极管(D1)的阳极，所述二极管(D1)的阴极连接于输出端(8)。

【技术特征摘要】
1.一种低剖面小型微波输能整流器，其特征在于，包括至少一个整流组件(1)，所述整流组件(1)包括由前至后依次设置的频率选择表面层(2)、金属地板层(3)和整流电路层(4)；所述频率选择表面层(2)、所述金属地板层(3)和所述整流电路层(4)之间通过两个基板(5)分隔，所述频率选择表面层(2)通过贯穿于所述金属地板层(3)和所述基板(5)的金属过孔(6)与所述整流电路层(4)连接，且所述金属过孔(6)与所述金属地板层(3)相互绝缘；所述整流电路层(4)包括二极管(D1)、走线(7)和输出端(8)，所述金属过孔(6)通过走线(7)连接于二极管(D1)的阳极，所述二极管(D1)的阴极连接于输出端(8)。2.如权利要求1所述的低剖面小型微波输能整流器，其特征在于，所述整流电路层(4)还包括有隔直电容(C1)，所述隔直电容(C1)的一端通过走线(7)而连接于金属过孔(6)，所述隔直电容(C1)的另一端连接于输出端(8)。3.如权利要求1所述的低剖面小型微波输能整流器，其特征在于，所述二极管(D1)的阴极与输出端(8)之间连接有微带枝节(9)。4.如权利要求1所述的低剖面小型微波输能...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋乃涛，高劲松，徐念喜，单冬至，王岩松，陈新，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22