一种极化不敏感的电磁整流表面制造技术

本发明专利技术公开了一种极化不敏感的电磁整流表面，解决了整流表面的效率易受入射电磁波极化方向的影响，匹配与直流合成电路复杂，能量损耗较大等问题。该整流表面介质基片(2)的上表面包含m行n列的大小形状均相同的整流表面单元(1)，m、n为大于等于2的正整数，以及输出滤波电路(4)，介质基片(2)的下表面被金属地(3)所覆盖，下表面包含了带有金属化通孔(13)的焊盘(14)以及肖特基二极管(15)；每个整流表面单元(1)包含了1个能量接收单元(11)、4条微带线(12)，4个金属化通孔(13)，位于下表面的4个焊盘(14)、以及4个肖特基二极管(15)。本发明专利技术具有对入射波极化方向不敏感，结构简单，整流效率高的优点。高的优点。高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种极化不敏感的电磁整流表面


[0001]本专利技术属于微波射频器件
，尤其涉及微波射频器件中的极化不敏感的电磁整流表面。

技术介绍

[0002]电磁整流表面通过在周期电磁结构中加载肖特基二极管，可以捕获特定频率范围的空间电磁能并转化为直流电能，在远距离无线电力传输系统与无线能量收集系统中有着广阔的应用前景。例如，在发生地震，暴风雪等自然灾害时，受灾地区电力中断，利用电磁整流表面可以迅速解决灾民的用电需求，实现电力的紧急供应，为及时救援及灾民的生活提供保障。再如，利用电磁整流表面可以在没有海底电缆的条件下，将海上风力发电产生的电能直接传送到陆地，既延长了风力发电设备的使用寿命，又减少了海底布线的成本。此外，随着电动汽车的广泛普及，电磁整流表面可以使电动车的远距离无线自动充电成为可能，不仅能解决电动车充电时在固定电源上插拔电源线的繁琐流程，也有助于缓解电动车充电桩数量不充足的问题，利于电动车的进一步普及，推进绿色城市与绿色交通的发展。
[0003]2017年发表在AppliedPhysicsLetters期刊上的文献“Designinganefficient rectifyingcut
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wiremetasurfaceforelectromagneticenergyharvesting”提出了一种基于切割线结构的整流超表面，该超表面能在6.75GHz的工作频率下实现电磁能量的收集与整流，但其结构特征决定了这种整流表面只能接收单一极化方向的电磁波能量，能量捕获效率极易受空间电磁波极化方向的影响，一旦极化失配，其工作效率会迅速降低，极大地限制了该整流表面的应用。同年，发表在AppliedPhysicsLetters期刊上的文献“AmetasurfaceforconversionofelectromagneticradiationtoDC”提出了一种工作在3GHz的整流超表面，虽然这种整流表面对入射电磁波的极化方向不敏感，但其匹配网络较复杂，导致较大的损耗，使效率降低，并且多层结构的加工成本也较高。
[0004]综上所述，目前电磁整流表面面临的主要问题是，如何使电磁整流表面对入射波的极化方向不敏感，如何简化能量接收单元与整流部分之间的匹配电路，降低整流表面的损耗，提高整流表面的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种极化不敏感的电磁整流表面，克服现有整流表面易受入射波极化影响的缺点，以及电路结构复杂的缺点，解决现有整流表面效率低的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：介质基片2的上表面包含m行n列的大小形状均相同的整流表面单元1，m、n为大于等于2的正整数，以及输出滤波电路4，介质基片2的下表面被金属地3所覆盖，下表面包含了带有金属化通孔13的焊盘14以及肖特基二极管15；每个整流表面单元1包含了1个能量接收单元11、4条微带线12，4个金属化通孔13，位于下表面的4个焊盘14、以及4个肖特基二极管15；整流表面单元1为正方形；能量接收单元11位于整流表面单元1的中心位置，为十字形对称结构，横向及纵向长度均小于整流表面单元1的边长；4条微带线12
长度及宽度均相等，呈X形分布，分别位于整流表面单元1的两条对角线，一端连接到能量接收单元11的拐角处，另一端连接到整流表面单元1的四个顶点；4个金属化通孔13分别位于能量接收单元11的4个臂上，呈对称结构分布，上端连接着能量接收单元11的4个臂，下端分别连接4个焊盘14；焊盘14是在金属地3上腐蚀出方形环16而形成的，其中心通过金属化通孔13连接到能量接收单元11的上表面金属，另一端连接肖特基二极管15的阳极；4个肖特基二极管15关于整流表面单元1呈对称分布，阳极连接焊盘14，阴极连接金属地3；输出滤波电路4由贴片电感41、贴片电容42和接地金属化通孔43构成，连接着输出端口5与微带线12；其中，贴片电感41一端连接着边缘整流表面单元1的靠近边缘的微带线12，另一端连接着输出端口5，贴片电容42的两端分别连接输出端口5和接地金属化通孔43，4个接地金属化通孔43等距纵向排列；每个整流表面单元1通过4个角上的微带线12分别与其左上、左下、右上和右下的4个相邻的整流表面单元1相连接，左右及上下相邻的整流表面单元1之间不相连。本专利技术的技术方案的原理是：通过合理设计能量接收单元11的大小，能捕获空间中特定频率的电磁波能量。由于整流表面的结构对称，对于入射电磁波的极化方向并不敏感。捕获的电磁波能量通过金属通孔13和焊盘14进入肖特基二极管15，转化为直流能量。调整金属化通孔13相对于能量接收单元11的位置，可以实现肖特基二极管15与能量接收单元11的阻抗匹配。微带线12将直流能量导出，最后由输出滤波电路4得到较为纯净的直流能量。每个整流表面单元1包含4个肖特基二极管15，其功率容量相较于单一肖特基二极管的整流表面单元更大。
[0007]本专利技术的优点和有益效果：
[0008]本专利技术提出的电磁整流表面采用对称的几何结构来接收空间中的电磁波，使整流表面对入射电磁波的极化方向不敏感，对于各种极化方向的电磁波均能保持较高的能量捕获效率。将肖特基二极管与能量接收单元直接进行匹配，简化了匹配电路结构，有利于提高能量转化效率。能量接收单元与直流合成网络在同一层上，结构更为简单，降低了电路成本。采用多二极管结构，增大了整流表面的功率容量。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的整流表面的正面图案
[0010]图2是本专利技术的整流表面的背面图案
[0011]图3是本专利技术的整流表面单元的正面图案
[0012]图4是本专利技术的整流表面单元的背面图案
[0013]图5是整流表面单元的能量捕获效率仿真结果图
[0014]图6是整流表面单元的能量转换效率及输出电压随输入功率变化的仿真结果图
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明：如图1所示，介质基片2的上表面包含m行n列的大小形状均相同的整流表面单元1，m、n为大于等于2的正整数，以及输出滤波电路4，如图2所示，介质基片2的下表面被金属地3所覆盖，下表面包含了带有金属化通孔13的焊盘14以及肖特基二极管15；如图3和图4所示，每个整流表面单元1包含了1个能量接收单元11、4条微带线12，4个金属化通孔13，位于下表面的4个焊盘14、以及4个肖特基二
极管15；整流表面单元1为正方形；能量接收单元11位于整流表面单元1的中心位置，为十字形对称结构，横向及纵向长度均小于整流表面单元1的边长；4条微带线12长度及宽度均相等，呈X形分布，分别位于整流表面单元1的两条对角线，一端连接到能量接收单元11的拐角处，另一端连接到整流表面单元1的四个顶点；4个金属化通孔13分别位于能量接收单元11的4个臂上，呈对称结构分布，上端连接着能量接收单元11的4个臂，下端分别连接4个焊盘14；焊盘14是在金属地3上腐蚀出方形环16而形成的，其中心通过金属化通孔13连接到能量接收单元11的上表面金属，另一端连接肖特基二极管1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极化不敏感的电磁整流表面，其特征在于：介质基片(2)的上表面包含m行n列的大小形状均相同的整流表面单元(1)，m、n为大于等于2的正整数，以及输出滤波电路(4)，介质基片(2)的下表面被金属地(3)所覆盖，下表面包含了带有金属化通孔(13)的焊盘(14)以及肖特基二极管(15)；每个整流表面单元(1)包含了1个能量接收单元(11)、4条微带线(12)，4个金属化通孔(13)，位于下表面的4个焊盘(14)、以及4个肖特基二极管(15)；整流表面单元(1)为正方形；能量接收单元(11)位于整流表面单元(1)的中心位置，为十字形对称结构，横向及纵向长度均小于整流表面单元(1)的边长；4条微带线(12)长度及宽度均相等，呈X形分布，分别位于整流表面单元(1)的两条对角线，一端连接到能量接收单元(11)的拐角处，另一端连接到整流表面单元(1)的四个顶点；4个金属化通孔(13)分别位于能量接收单元(11)的4个臂上，呈对称结构分布，上端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：程飞，王怀玉，杜春宏，黄卡玛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：