一种空中杂波无线输能设备的制作方法

本实用新型涉及无线能量传输领域，尤其涉及一种空中杂波无线输能设备。

背景技术：

微波能量传输(MPT：Microwave Power Transmission)是指在真空或大气中不借助其他任何传输线或波导来达到能量传输的一种新的传输方式。近年来，随着半导体技术和集成电子技术的飞速发展，微电子电路的尺寸越来越小，功耗需求也越来越多，使得微波能量传输技术在低功率领域的应用得到了越来越多的关注，尤其将其应用在射频识别系统、无线传感器网络系统、生物医学设备等便携式电子设备上。

接收整流天线是MPT系统的关键技术，它的主要原理是由接收天线接收空间中的微波能量，再由微波整流电路进行整流，输出直流供负载工作。它的主要技术指标是：接收天线的增益、微波整流电路的整流效率。同时，为了适应电子设备小型化和便携式的需求，需要整流天线体积小、重量轻。

传统的整流天线体积大，转换效率低，整流模块部分难以实现使其在很多场合使用受到限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、体积小、整流效果好的空中杂波无线输能设备。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术措施：

本实用新型还可以通过以下技术措施进一步完善：

一种空中杂波无线输能设备,包括发电设备和受电设备；所述发电设备包括收集天线、整流模块和升压模块；所述收集天线、整流模块和升压模块顺次连接，所述升压模块与受电设备相连接；所述收集天线包括微带贴片天线、基片和用于接地的过孔，所述收集天线设置输出接口点与整流电路模块设置的输入接口点连接；所述整流模块包括输入接口点、滤波电路、整流电路、法拉电容和负载，所述输入接口点、滤波电路、整流电路、法拉电容和负载顺次连接。

作为进一步改进，所述整流模块为全波整流电路，所述整流模块中设有若干个接地类型过孔，所述整流模块中整流后电路可串接电流计。

作为进一步改进，所述整流电路包括两组对称设置的LC谐振电路和整流二极管，所述整流二极管为两个二极管顺向串联的半桥结构；所述滤波电路包括扇形滤波器和线型枝节滤波器。

作为进一步改进，所述LC谐振电路中的电感值为6nH和1.8nH，电容值为100nF。

作为进一步改进，所述法拉电容的额定电容量为0.47F，所述额定电压为5.5V。

作为进一步改进，所述升压模块包括快速放电电容、同步升压开关稳压器和控制装置；输入电压范围为0.9～5.5V，升压后输出电压范围为3.3V～5V。

作为进一步改进，所述收集天线用于收集环境中4G频段的射频能量,所述收集天线的尺寸为70mm x 70mm。

作为进一步改进，所述微带贴片天线分为四阵列呈中心对称分布，所述微带贴片天线内部设有十字型缺口，其天线增益为12DBi，所述基片的厚度为1.6mm，介电常数为4.5，损耗角正切值为0.02。

作为进一步改进，所述4G信号可来自电信、移动和联通三个运营方，其频率范围为2320MHz～2370MHz，其带宽为50MHz。

作为进一步改进，所述受电设备为低功耗器件。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：

1、整流天线可以采用印刷电路技术批量生产，成本低，易于实现；

2、解决超低功耗便携式产品供电问题，通过接收空中4G信号杂散波，转化为直流电压，供超低功耗的产品使用。

3、空间中4G信号的杂波能量的有效利用，能解决和改善生活中的低功耗产品的应用，使得生活更加便利，也对电池的消耗起到减少的作用，环保和节能。。

附图说明

附图1是本实用新型一种空中杂波无线输能设备的设备示意图；

附图2是本实用新型一种空中杂波无线输能设备的收集天线示意图；

附图3是本实用新型一种空中杂波无线输能设备的整流模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

一种空中杂波无线输能设备,包括发电设备10和受电设备20；所述发电设备10包括收集天线30、整流模块40和升压模块50；所述收集天线30、整流模块40和升压模块40顺次连接，所述升压模块50与受电设备20相连接；所述收集天线30包括微带贴片天线31、基片32和用于接地的过孔，所述收集天线设置输出接口点33与整流电路模块设置的输入接口点41连接；所述整流模块包括输入接口点41、滤波电路42、整流电路43、法拉电容44和负载45，所述输入接口点41、滤波电路42、整流电路43、法拉电容44和负载45顺次连接。

请参考图3，实施例中，所述整流模块40为全波整流电路，所述整流模块中设有五个接地类型过孔46，所述整流模块40中整流后电路可串接电流计。所述整流电路43将交流电转化为直流电，所述的过孔46用于与接地板连接作为天线的接地板，加入电流计可直观对直流电进行大小测量便于后续使用和检测。

请参考图3，实施例中，所述整流电路43包括两组对称设置的LC谐振电路431和整流二极管432分别对正弦和负弦的交流电进行整流，所述整流二极管432为两个二极管顺向串联的半桥结构；所述滤波电路42包括扇形滤波器421和线型枝节滤波器422，定义所述扇形滤波器421的扇形角度为w，其中w的范围为120°～150°，优选的，w选用角度143.6°。所述LC谐振电路431中的电感值为6nH和1.8nH，电容值为100nF。所述法拉电容44的数量为两个分别位于负载45的两侧，所述法拉电容44的额定电容量为0.47F，所述额定电压为5.5V。采用这种类型的滤波电路可对电流进行二次滤波增加滤波效果，LC谐振电路用于减小阻抗，减小电流在线路上的损失从而保证效率最大化，选用这个型号的法拉电容可以对整流后的电流进行快速收集和大量存储方便后续升压模块和受电设备的使用。

请参考图3，实施例中，所述升压模块50包括快速放电电容51、同步升压开关稳压器52和控制装置53；所述升压模块50中输入电压范围为0.9～5.5V，升压后输出电压范围为3.3V～5V。所述同步升压开关稳压器52选用的型号为SGM6603。所述快速放电电容51可以将存储于法拉电容中的电能快速传输继而对受电设备进行充电，所述控制装置53带有控制旋钮和电流显示屏，可通过调节电流来使受电设备的额定充电电流与输入电流相适配。

请参考图2，实施例中，所述收集天线30用于收集环境中4G频段的射频能量,所述收集天线30的尺寸为70mm x 70mm，当信号源跟天线二者距离在2米～5米之间时，天线的转化效率可达到百分之四十到百分之六十，当天线用于吸收空中杂波时，天线的转化效率只能在百分之二左右，所述天线尺寸通过ADS或HFSS仿真软件，优化天线尺寸，在增大天线尺寸的同时保证仿真结果驻波比在1.0～1.3的范围内，最后选出最优值。

请参考图2，实施例中，所述微带贴片天线31分为四阵列呈中心对称分布，所述微带贴片天线31内部设有十字型缺口，其天线增益为12DBi，所述基片32的厚度为1.6mm，介电常数为4.5，损耗角正切值为0.02。所述4G信号可来自电信、移动和联通三个运营方，其频率范围为2320MHz～2370MHz，其带宽为50MHz。通过微带贴片天线和基片的性质对空中杂波的4G信号进行最大化的接受使得天线的增益达到最大化，同时充分利用了空中资源达到环保节能的理念。

请参考图1，实施例中，所述受电设备20为低功耗器件，例如如纽扣电池供电的便携式产品、无线车钥匙、有源标签、LED灯等。解决超低功耗便携式产品供电问题，通过接收空中4G信号杂散波，转化为直流电压，供超低功耗的产品使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。