一种空间电磁波能量收集与转换的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间电磁波能量收集与转换的装置，其特征是该装置包括能量收集、合成部分和一个桥式整流电路。在一定的微波频率下实现空间电磁波能量高效收集并转换为直流电能，工作频率可通过改变装置的尺寸参数进行设计。本发明专利技术由贴片天线阵列构成微波能量收集部分，背面金属微带线用于合成微波能量，桥式整流电路将交流电转换为直流电供给负载。本发明专利技术的优点是：可对L波段一定频率范围内的空间电磁波交流能量进行收集和转换；结构简单、制备方便；可针对不同工作频率自由设计。

A device for collecting and converting space electromagnetic wave energy

【技术实现步骤摘要】
一种空间电磁波能量收集与转换的装置
：本专利技术涉及一种空间电磁波能量收集与转换的方法，属于微波能量收集领域。核心技术是能量收集贴片天线阵列、电磁波能量合成电路，以及桥式整流电路，涉及可以用在医疗装置(例如生物体植入装置)以及电动汽车和各种家用装置的能量收集系统。
技术介绍
：近年来，随着电磁波调控技术和无线通信技术的发展，电磁波在人们生活的方方面面出现的越来越频繁。根据种类的不同，无线通信使用无线电频谱的不同部分，如电视频谱和移动蜂窝频谱等。国际电信联盟(ITU)协调不同无线电频谱波段的使用，防止不同用户之间的互相干扰。电磁波的广泛应用，在让通信变得更加方便的同时，也使得空气中充斥着可以再利用的不同波段、不同强度的电磁信号。能量收集即采集空间中传播的电磁波能量进行再利用，产生电力。在此领域已有一些成功的研究成果。医疗植入装置(如助听器、心脏起搏器等)是实际应用中的一种。除此之外，生活中很多随身的电子产品都面临着耗电快的问题。普遍的解决办法是同时携带充电宝，但也只能充电1-2次，还会带来使用不便。若在电子产品中植入空间电磁波能量收集与转换装置，便可以让电子产品自己从周围的空间获取能量，并转化为电能为自己充电，从而实现充电方式的技术革新。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术提出一种实现空间电磁波收集与转换的装置，由电磁波能量收集贴片天线阵列、电磁波能量合成电路以及桥式整流电路构成。装置简单、易于实现，经实验验证，能量收集转化效率较高。技术方案：本装置由顶层、中间层、底层三层构成。顶层的贴片天线阵列由四个相同的贴片天线单元构成。金属贴片的两端对称分布两个过孔，一个为正极，穿过中间层(地)连接到底层的金属导带，另一个直接连接到中间层。中间层的金属板(地)与底层的金属导带构成功率合成网络。当电磁波照射到结构表面时，金属天线阵列发生谐振，有效接收特定频率的电磁波，并将其耦合到结构底层经过阻抗匹配设计的微带线功率合成网络，进行交流合成，随后经过桥式整流电路，将交流电能转换为直流电能，驱动直流负载。有益效果：1、实测能量转化效率可达到33％；2、只需要进行一次交流能量合成和整流，不需要在每个单元进行交流转直流的过程，能量转化效率高；3、有整流功能，便于驱动负载；4、可通过改变结构的尺寸改变工作频率。附图说明：图1是本专利技术用于电磁波能量收集系统中的整体模块图。图2是本专利技术装置的正视图(顶层)。图3是本专利技术装置的后视图(底层)。图4是本专利技术装置的侧视图。图5是本专利技术的仿真反射率和吸收率曲线。图6是本专利技术实验中作为负载的发光二极管的伏安特性曲线。图7是本专利技术的能量收集效率曲线。在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。具体实施方式：下面结合附图，通过具体的实施例详细说明本专利技术的技术方案。实施例：参考图1-4描述的本专利技术的应用场景整体模块图，能量收集板3由三层构成，分别为顶层金属贴片天线10、中间层地14、底层的微带功率合成网络11和桥式整流电路12，其中正方形的金属贴片天线10边长94mm，厚度0.018mm，介质板6介电常数为2.5，每层长宽为141mm，厚度为2mm，背面微带线11宽度为1mm。空间电磁波2由天线1辐射后照射到能量收集板3正面，被正面的贴片天线10阵列收集后通过金属过孔7传递到背面，经微带线网络11进行功率合成，再通过由整流二极管构成的桥式整流电路12转化为直流电能驱动负载13。作为示例，负载选取了发光二极管5，通过焊接导线4相连。能量收集板3的工作频率由贴片天线的尺寸参数决定，贴片天线阵列单元数量可以根据具体应用场景选取。图5是本专利技术结构的仿真能量吸收率(实线15)、入射电磁波反射率(虚线16)曲线图，在1.13GHz处存在吸收峰。图6是示例中作为负载的发光二极管的伏安特性曲线(曲线17)。图7为使用图1整体模块进行实测得到在贴片天线工作频率1.13GHz处的空间电磁场能量转化为直流能量的效率随入射功率变化曲线(曲线18)。由于二极管负载的非线性效应，我们经过阻抗匹配设计，使系统在二极管的额定工作状态下达到最佳能量收集转化效率。在照射到能量收集板的输入功率为2.184mW时，该结构能量转化效率可以达到33％，说明本专利技术技术可有效实现空间电磁波能量的收集、合成和转化。以上所述，仅为本专利技术的优选实施例，并不能以此限定本专利技术实施的范围，即凡依本专利技术权利要求及专利技术说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属于本专利技术专利覆盖的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间电磁波能量收集与转换的装置，其特征是装置系统分三部分，包括电磁波能量收集、电磁波能量合成和桥式整流。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间电磁波能量收集与转换的装置，其特征是装置系统分三部分，包括电磁波能量收集、电磁波能量合成和桥式整流。


2.根据权利要求1所述的电磁波能量收集与转换的装置，电磁波能量收集部分由贴片天线阵列构成，电磁波能量合成部分为合理设计的微带线网络。


3.贴片天线阵列的单元结构在金属贴片两端的中点对称分布两个过孔，一个为正极，穿过中间层(地)与底层的功率合成网络相连，另一个与中间层地相连。


4.电磁波能量合成部分位于装置的底层。经过阻抗匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑依琳，韩子祥，朱博，冯一军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32