2.45GHz微波无线输电系统的RF能量接收装置

本发明涉及天线设计，具体而言，涉及2.45ghz微波无线输电系统的rf能量接收装置。

背景技术：

1、随着物联网(iot)、可穿戴和便携式设备和智能化时代的发展，无线输电技术逐步走进人们的生活，微波无线输电技术因其传输电能距离相较于其他无线输电技术更远，近年来发展迅速。当超材料被用于微波无线输电技术中时，发现其可以提升系统中接收端天线的增益和方向性等性能指标，但是现有研究中对于接收端的设计都是将电磁超材料结构和接收端天线分开独立设计，二者单独设计后会导致电磁超材料和接收天线的适配性变差，使得接收天线中心频点漂移，而不能有效接收能量，如图1所示，若想找到最优位置点，需要不停的测试，接收天线102捕获空间中射频能量后，需要通过4cm长度的sma转接头将射频能量传输到整流电路103里，随后被转换为直流。现有的整流电路layout如图5所示，该结构尺寸为5cm*3.5cm*0.6cm，采用了sma转接器连接方式，所以连接时必须要有足够的空间用于放置sma转接器，因此在能量接收装置中，整流电路模块就占了很大的体积。这样的做法首先直接增加了电磁超材料和接收天线之间参数失配的可能性，浪费时间和成本，其次也增加了设计人员的工作量和实验验证的复杂度。

技术实现思路

1、本发明在于提供一种2.45ghz微波无线输电系统的rf能量接收装置，其能够缓解上述问题。

2、为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

3、本发明提供了一种2.45ghz微波无线输电系统的rf能量接收装置，包括接收天线，通过支撑柱平行固定于所述接收天线正面的电磁超材料，以及重叠焊接于所述接收天线背面的整流电路，所述电磁超材料和接收天线的间距为11mm，所述接收天线负极和整流电路的负极相接，所述接收天线正极和整流电路的正极通过镀银同轴馈线连接。

4、在本发明的一较佳实施方式中，所述电磁超材料包括：

5、基底材料ⅰ；

6、设置于所述基底材料ⅰ至少一个表面的分形结构层；

7、所述分形结构层包括八个平置于所述基底材料ⅰ的分形结构单元，八个所述分形结构单元在一个圆形轨迹中环向均匀分布；

8、所述分形结构单元包括主干金属线、第一支干金属线、第二支干金属线和第三支干金属线，所述第一支干金属线为缺少一边的小方框结构，所述第二支干金属线为缺少一边的大方框结构，所述第三支干金属线为工字型结构，所述第一支干金属线、第二支干金属线和第三支干金属线沿所述圆形轨迹的直径方向依次排列布置，所述第一支干金属线和第二支干金属线的缺口部背向设置，所述第一支干金属线的中间段、所述第二支干金属线的中间段和所述第三支干金属线的中间段均垂直等分交叉连接于所述主干金属线，所述第三支干金属线的两端段长度相等，且分别沿所述第二支干金属线的两端段同向布置，所述第三支干金属线的端段与所述第二支干金属线的端段间隙配合；

9、八个所述分形结构单元的主干金属线交汇连接于所述圆形轨迹的圆心。

10、在本发明的一较佳实施方式中，其特征在于，

11、所述基底材料ⅰ为正方形结构，其长l0＝5cm，宽w0＝5cm；

12、所述圆形轨迹的直径为2.9cm；

13、所述金属线的宽度w3＝0.3mm；

14、所述第一支干金属线的端段长度l4＝2mm，两端段的间距为2.9mm；

15、所述第二支干金属线的端段长度l6＝1.6mm；

16、所述第三支干金属线的端段长度l3＝1.3mm，两端段的间距为4.4mm，中间段与所述圆形轨迹的圆心的间距为14.85mm；

17、所述第一支干金属线的中间段和第二支干金属线的中间段的间距w7＝1.7m

18、所述第二支干金属线和第三支干金属线的端段之间的间隙w4＝0.1mm，中间段的间距w8＝2mm。

19、在本发明的一较佳实施方式中，所述接收天线包括：

20、基底材料ⅱ；

21、设置于所述基底材料ⅱ至少一个表面的天线结构层；

22、设置于所述天线结构层的正极的镀银馈线接口，用于通过所述镀银同轴馈线与所述整流电路的正极连接。

23、在本发明的一较佳实施方式中，其特征在于，

24、所述基底材料ⅱ和天线结构层均为矩形结构；

25、所述基底材料ⅱ的长l7＝5cm，宽w9＝5cm；

26、所述天线结构层的长l8＝27.46mm，宽w10＝37.26mm；

27、所述固定孔ⅰ和固定孔ⅱ的半径均为3mm；

28、所述镀银馈线接口的半径r2＝1.2mm，其圆心与所述天线结构层最近边的距离l9＝4.4mm；

29、所述固定孔ⅱ的中心到所述基底材料ⅱ的最近两直角边的距离均为5mm。

30、在本发明的一较佳实施方式中，所述整流电路包括：

31、基底材料ⅲ；

32、设置于所述基底材料ⅲ的固定焊盘、正极连接孔、输出的并联连接结构和输出的串联连接结构。

33、其中，整流电路相对于现有技术设计了正极连接孔、输出的并联连接结构、输出的串联连接结构和三个固定焊盘；

34、第一个固定焊盘将整流电路和接收天线的负极连接，同时起到将整流电路和天线固定的作用，剩下两个固定焊盘主要作用为固定作用；正极连接孔通过一根镀银同轴馈线将整流电路的正极和接收天线的辐射片连接。

35、在本发明的一较佳实施方式中，所述基底材料ⅲ长5cm，宽3.5cm，厚0.6cm。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

37、本发明所述的2.45ghz微波无线输电系统的rf能量接收装置，与当前能量接收装置相比，通过联合仿真设计，将电磁超材料和接收天线一体化设计，首先直接降低了设计成本和时间，有效降低了特性参数失配的风险，同时，对于射频能量接收端设计人员来说，减小了工作量和特性验证难度；

38、本发明所述的rf能量接收装置设计了新的整流电路接口和布局，使整流电路模块可以完美贴合整流天线设计，使二者的正负极不再需要连接线去连接，有效减小了接收端的体积，并且减小了连接线路能量损耗；

39、本发明将电磁超材料和接收天线的间距设计为11mm，此距离为本发明专利中使用的超材料与微带天线的最优匹配距离，有效优化s11参数，电磁超材料可以在11mm距离下起到最佳作用。

40、本发明的电磁超材料为独特的设计结构，为了使其在2.45ghz附近感应出电场发挥作用，而设计成图3所示结构，其次电磁超材料长度和宽度是为适应接收天线的尺寸而设计，一般现有的超材料其发挥作用的带宽比较大，虽可以提升增益，但效果不明显，相对于现有电磁超材料，本发明的电磁超材料只在2.45ghz附近感应出电场，因此针对本发明接收天线，其提升的增益更明显，可由增益3.07dbi提升至7.52dbi；

41、传统的接收装置的整流电路模块需要考虑接收天线和整流电路的工程性连接，需要设计具体的连接结构以及固定件，花费更多时间和成本，而本发明的接收端可以直接用镀银同轴馈线通过连接孔将整流电路和天线连接在一起，可以有效节省时间和成本；

42、本发明的微带天线整体尺寸长为5cm、宽5cm，中心频点为2.45ghz,s11参数为-28db，增益为5.1dbi，发明中的电磁超材料结构和接收天线联合仿真能有效提升微带天线的性能参数，可以将微带天线单片s11参数-28db优化至-35.09db、增益3.07dbi优化至7.52dbi，使接收天线的性能得到了明显的优化提升，接收天线负极和整流电路的负极相接，接收天线正极和整流电路的正极通过镀银同轴馈线连接，减少了连接线的线路能量损耗，整流电路整体尺寸为长5cm、宽3.5cm，尺寸可以严格贴合接收天线尺寸。

43、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。