基于能量收集的集成小型化整流天线制造技术

本发明专利技术提出一种能量收集的集成小型化整流天线，解决了整流天线小型化高效率的问题。本发明专利技术的整流天线层叠结构有上、中和下层介质板，上层板上表面印上层天线，中层为接地，下层板下表面的电路有下层天线和整流电路部分；上下层的对称振子天线构成双面印刷对称振子天线；上下层天线间用金属化过孔传输功率；电感匹配天线和集总方式的并联整流电路。本发明专利技术天线和整流电路部分分置于叠层结构的上下两表面，双面印刷对称振子天线增加了增益，并联两路二倍压拓扑结构的整流电路以及利用电感实现匹配，实现了小型化、高效率。本发明专利技术可收集环境中900MHz的能量传输到整流电路部分整流输出直流电压，可用于点亮LED灯。可用于点亮LED灯。可用于点亮LED灯。

【技术实现步骤摘要】
基于能量收集的集成小型化整流天线


[0001]本专利技术涉及无线能量传输领域，具体是一种基于能量收集的集成小型化整流天线，主要应用于针对环境中的无线能量收集并将收集到的能量转换成直流信号。

技术介绍

[0002]无线输能技术在生活中的应用越来越广泛，作为接收端的整流天线部分是无线输能技术核心模块之一，直接影响着整个无线输能的转换效率。射频能量收集也属于无线输能技术，射频功率广泛的存在于周围环境中，射频能量收集系统可以充分收集和利用周围环境的射频能量，将射频功率转换成直流信号为各种低功耗无线便携式电子设备供电，以达到射频能量的充分利用。整个射频能量收集系统中，收集到能量多少取决于接收到的射频信号的强度，该强度由离发射信号器的距离和射频能量采集器的功率转换效率决定。
[0003]现在，射频能量收集技术更偏向于对低功率信号的收集，为了更便于小型低功率电子设备的使用，整流天线高效率小型化也成为重要研究方向之一，周围环境中主要存在WiFi频段的射频能量，其能量较低，尽管是高增益接收天线接收集到的射频能量功率也是较低的，因此不仅要增大天线增益，还应注重于整流效率的提高，同时为了使用方便应尽量使整流模块小型化。
[0004]传统整流天线的设计，是将天线和整流电路分别设计在不同的板子上，或者将天线和整流放置在同一平面上，致使尺寸增大。在射频能量收集系统中，由于频率低、收入功率小，整流电路的尺寸也会相应的增大，在整流电路的设计中采用分布式达到匹配是整流电路的尺寸增大的主要原因。
[0005]在WiFi频段中，对于低频率(900MHz)整流天线的设计，由于其波长较长，就会导致在设计天线时由于其波长较长而导致整流天线电路的尺寸增大。采用传统的对称振子天线，可以减小接收天线的尺寸，可接收全方位的能量，但其增益较低，在低功率能量收集中存在很大的不足。在Xuyue Wu,Junjun Wang.“A HighEfficiency Rectifier for Ambient RF Energy Harvesting at 940MHz”一文中，提出的整流电路效率高达60％，整流电路的匹配部分和整流电路部分均采用相应的微带形式，其尺寸均比较大，为低功耗无线便携式电子设备供电带来很大的不便。因此在低频整流电路的设计中，工程上需要高整流效率的前提下实现其小型化。
[0006]实现能量收集的整流天线为低功耗无线便携式电子设备供电，整流天线的小型化是现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决以上现有技术难题，提供了一种高效率的能量收集的集成小型化整流天线。
[0008]本专利技术是一种能量收集的集成小型化整流天线，自上而下的层叠结构有上层介质板、中间层和下层介质板，其中上层介质板的上表面印刷有上层辐射单元，中间层为覆铜板
作为接地，下层介质板的下表面印刷有电路，其特征在于：所述下层介质板的下表面印刷的电路有下层辐射单元和整流电路部分；上层辐射单元和下层辐射单元均为对称振子天线，对称振子天线的两臂及臂间间隔均沿介质板的同一长边边沿平行对称分布印刷，其中左臂在靠近臂间间隔处垂直设置一段微带线作为接输出接地，共同构成双面印刷对称振子天线；上层的对称振子天线简称作上层天线，下层的对称振子天线简称作下层天线，上层天线和下层天线之间通过金属化过孔实现功率传输；下层天线输出端采用电感匹配天线和整流电路部分；整流电路部分采用集总方式实现整流；整流电路部分采用并联两路整流电路。
[0009]本专利技术解决了在保证高效率的前提下实现整流天线高效率小型化的技术问题。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]提高了天线增益：本专利技术采用双面印刷对称振子天线，不仅简化了天线的尺寸，与相同尺寸的单面对称振子相比增益提高，以便于收集到更多的能量。
[0012]增加了整流电路输出电压：整流电路部分采用集总元件组成整流电路，实现了整流电路的小型化。由于接收到的射频能量较低，致使整流输出功率也较小，因此整流电路结构采用二倍压拓扑结构，得到输出电压明显增加。
[0013]提高了整流效率：天线与整流电路部分的匹配可以获得高整流效率，为了达到更好的匹配，本专利技术将整流电路部分并联两路结构完全相同的整流电路，使得天线输出阻抗和整流天线输入阻抗的实部匹配，虚部失配，只需一个匹配电感来实现天线和整流电路部分的虚部匹配，从而达到的整体阻抗匹配，提高了整流电路部分的整流效率。
[0014]实现了整流天线小型化：本专利技术将天线和整流电路部分分别放置在层叠结构的两侧，两层介质板中间共用接地层，上层天线和下层天线之间通过金属化过孔实现能量传输，整流电路部分采用集总方式构成，实现了整流天线的小型化。
附图说明
[0015]图1是本专利技术中上层介质板的上表面图；
[0016]图2是本专利技术中间层中覆铜板的示意图；
[0017]图3是本专利技术中下层介质板的下表面图；
[0018]图4是本专利技术中下层介质板下表面的整流电路部分图；
[0019]图5是本专利技术中的天线增益图；
[0020]图6是本专利技术整流电路在负载为3.5KOhm时的整流效率图；
[0021]图7是本专利技术整流电路在负载为3.5KOhm时的输出电压图；
[0022]图8是本专利技术整流电路在负载为3KOhm时的整流效率图；
[0023]图9是本专利技术整流电路在负载为3KOhm时的输出电压图。
[0024]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0025]以下结合附图和实例对本专利技术详细阐述
具体实施方式
[0026]实施例1
[0027]射频功率广泛的存在于周围环境中，射频能量收集系统可以充分收集和利用周围环境的射频能量，将射频功率转换成直流信号为各种低功耗无线便携式电子设备供电，以
达到射频能量的充分利用。在射频能量收集系统中，由于频率低、收入功率小，整流电路的尺寸也会相应的增大，在整流电路的设计中采用分布方式达到匹配是整流电路的尺寸增大的主要原因，为了减小体积，实现高效率，本专利技术设计出一种基于能量收集的集成小型化整流天线。
[0028]本专利技术是一种能量收集的集成小型化整流天线，自上而下的层叠结构有上层介质板2、中间层3和下层介质板5，其中上层介质板2的上表面印刷有上层辐射单元，中间层3为覆铜板作为接地，下层介质板5的下表面印刷有电路，参见图3，图3是本专利技术中下层介质板的下表面图，本专利技术的下层介质板5的下表面印刷的电路有下层辐射单元和整流电路部分7。参见图1和图3，图1是本专利技术中上层介质板的上表面图，也是上层辐射单元即上层天线1的示意图；图3是本专利技术中下层介质板的下表面图，也是下层辐射单元即下层天线4和整流电路部分 7的示意图。本专利技术的上层辐射单元和下层辐射单元均为对称振子天线，对称振子天线的两臂及臂间间隔均沿介质板的同一长边边沿平行对称分布印刷，参见图 1和图3，其中上层天线1左臂在靠近臂间间隔处垂直设置一段微带线作为输出接地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量收集的集成小型化整流天线，自上而下的层叠结构有上层介质板、中间层和下层介质板，其中上层介质板的上表面印刷有上层辐射单元，中间层为覆铜板作为接地，下层介质板的下表面印刷有电路，其特征在于：所述下层介质板的下表面印刷的电路有下层辐射单元和整流电路部分；上层辐射单元和下层辐射单元均为对称振子天线，对称振子天线的两臂及臂间间隔均沿介质板的同一长边边沿平行对称分布印刷，其中左臂在靠近臂间间隔处垂直设置一段微带线作为输出接地，共同构成双面印刷对称振子天线；上层对称振子天线简称作上层天线，下层对称振子天线简称作下层天线，上层天线和下层天线之间通过金属化过孔实现功率传输；下层天线输出端采用电感匹配天线和整流电路部分；整流电路部分采用集总方式实现整流；整流电路部分采用并联两路整流电路。2.根据权利要求1所述的能量收集的集成小型化整流天线，其特征在于：所述整流电路部分采用并联两路整流电路，整流电路接收上层天线和下层天线收集到的能量通过匹配电感L1进入并联的两路整流电路，这两路整流电路结构相同，完全对称，其中第一路整流电路输入端口连接传输线即第一微带线的一个端口，连接电容C1的一端，电容C1另一端口接入整流二极管D1的阴极和D2的阳极，整流二极管D1的阳极通过金属化过孔接地，整流二极管D2阴极并联隔直电容C2，C2另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗曦，郜静逸，王可阳，杨林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：