一种基于阵列天线的微波无线充电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微波无线充电系统领域，尤其是涉及一种基于阵列天线的微波无线充电系统。
【背景技术】
[0002]目前，不论是采用电磁共振式的无线能量传输技术还是采用电感耦合式的无线能量传输技术，都主要应用于近距离、大功率无线充电的场合，无法解决远距离无线充电或供电的问题，而远距离、小微功率无线充电或供电的应用场合又特别广泛，例如:
[0003]1、无法通过传统的电线来供电的场合。如无线传感器网络中很多传感器分布在人工难于维护的狭小空间、密闭场所、水下、细小管道中等场所。
[0004]2、在易燃、易爆、尚温等必须避免电火花、线路老化等场所。
[0005]3、在避免复杂布线，节省空间，简化安装，缩减体积的场所。
[0006]此外，电磁共振式或电感耦合式的无线能量传输，不能既能兼顾能量接收又能兼顾信息传输。
【实用新型内容】
[0007]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于阵列天线的微波无线充电系统，能够实现远距离和小微功率无线充电，很好地解决特定场合的充电、供电问题。
[0008]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0009]—种基于阵列天线的微波无线充电系统，包括微波信号发生器、微波功率可调放大器、阵列发射天线、阵列接收天线和整流及充电电路，所述微波信号发生器产生频率为2.45GHz或5.8GHz的微波信号，所述微波信号发生器将所述微波信号传输到所述微波功率可调放大器，并由所述微波功率可调放大器进行放大，放大后的所述微波信号传输到所述阵列发射天线，由所述阵列发射天线将所述微波信号发射进自由空间，所述阵列接收天线从自由空间接收所述微波信号，并由所述阵列接收天线将接收的所述微波信号传输到所述整流及充电电路，由所述整流及充电电路完成整流以及充电动作。
[0010]进一步的，所述微波信号发生器包括用于产生所述微波信号的考必兹振荡电路和用于放大输出所述微波信号的放大输出级电路；所述考必兹振荡电路包括频率为2.45GHz的第一电源V1、频率为5.8GHz的第二电源V2、第一开关K1、第二开关K2、变容二极管⑶1和第一三极管Q1，所述第一电源VI和所述第一开关K1串接，所述第二电源V2和所述第二开关K2串接，所述第一开关K1和所述第二开关K2并接在所述变容二极管CD1的负极，所述变容二极管⑶1的正极接地，所述变容二极管⑶1的负极通过串接第一电阻R1和第一电容C1后，接入所述第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的基极与供能电源Ucc之间串接有第一电感L1、第三电阻R3和第三电感L3，所述第一三极管Q1的集电极与所述供能电源Ucc之间串接有第二电感L2和所述第三电感L3，所述第二电感L2和所述第三电感L3之间并接有第二电容C2，所述第一三极管Q1的集电极与所述第二电感L2之间并接有第三电容C3，所述第一三极管Q1的发射极通过第四电阻R4接地；所述放大输出级电路包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的发射极通过滤波电路连接，所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第二三极管Q2的集电极输出放大的所述微波信号。[0011 ] 进一步的，所述滤波电路包括第四电容C4、第五电容C5、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，所述第五电阻R5、所述第六电阻R6和所述第七电阻R7首尾连接成三角形整流桥，所述三角形整流桥串接在所述第四电容C4和所述第五电容C5之间。
[0012]进一步的，所述微波功率可调放大器包括微波切换电路、微波放大电路和功率调节电路；所述微波切换电路包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6，所述微波信号接入到互为并接的所述第三开关K3和所述第四开关K4的输入端；所述微波放大电路包括微波放大芯片RFIC，所述第三开关K3的输出端接入所述微波放大芯片RFIC的第二管脚，所述第四开关K4的输出端接入所述微波放大芯片RFIC的第一管脚；所述功率调节电路包括功率调节器KA，所述功率调节器KA为4位拨动开关，所述功率调节器KA经过运算放大器A后接入所述微波放大芯片RFIC的第三管脚，所述微波放大芯片RFIC的第六、七、八管脚输出功率放大后的所述微波信号。
[0013]进一步的，所述阵列发射天线包括多个小发射单元，所述小发射单元由互为并联的微带线与电容构成。
[0014]进一步的，所述阵列接收天线包括多个小接收单元，所述小接收单元由互为并联的微带线与电容构成。
[0015]进一步的，所述整流及充电电路包括谐振单元、整流二极管和充电电池，所述谐振单元为RC谐振电路，若干个所述谐振单元串接，所述整流二极管串接在相邻的所述谐振单元之间，所述谐振单元的输出端接入所述充电电池的输入端。
[0016]相对于现有技术，本实用新型所述的基于阵列天线的微波无线充电系统具有以下优势:
[0017]相比于采用电磁共振式或电感耦合式技术等的传统的无线能量传输方式而言，基于阵列天线的微波无线充电系统具有以下优点和积极效果:
[0018](1)可广泛应用在易燃、易爆、高温等恶劣环境的场合。通过基于阵列天线的微波无线充电系统供电可以避免发生电火花、线路老化等安全隐患事故。
[0019](2)可广泛应用在无法通过传统的电线来供电的场合。如无线传感器网络中很多传感器分布在人工难于维护的狭小空间、密闭场所、水下、细小管道中等场所。通过基于阵列天线的微波无线充电系统对小微功率的电路自动充电，可大大降低电路维护的工作量，提高电路的可靠性。
[0020](3)可以很好解决电磁共振式或电感耦合式的无线能量传输不能既能兼顾能量传输又能兼顾信息传输的问题。选定无需授权的2.45/5.8GHz微波作为能量载体，与诸多电子通信产品的通信频率同频，可以实现能量接收系统和通信系统天线的复用，有助于减小产品的体积、降低系统的复杂度。这是工作在其它频段的微波无线能量传输系统所不具备的，为成果的产业化打下了良好的基础。
[0021](4)采用阵列天线作为能量发射装置的关键部件，在提高能量传输效率的同时实现能量的可变向传输。
[0022](5)构成阵列接收天线的小接收单元采用便于无线能量收集的双频微带馈电缝隙接收天线。通过添加微带分枝和槽实现了兼顾双频段工作特性，克服了微带缝隙天线频带较窄的缺陷，可以方便地接收2.45GHz和5.8GHz的微波能量和信号。
[0023](6)在避免复杂布线的场所，能节省空间，简化安装，缩减体积的场所。
【附图说明】
[0024]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0025]图1为本实用新型实施例的工作原理方框图；
[0026]图2为微波信号发生器的电路图；
[0027]图3为微波功率可调放大器的电路图；
[0028]图4为阵列发射天线的结构示意图；
[0029]图5为阵列接收天线的结构示意图；
[0030]图6为整流及充电电路的电路图。
[0031]附图标记说明:
[0032]1-微波信号发生器，11-考必兹振荡电路，12-放大输出级电路，13-滤波电路，2-微波功率可调放大器，21-微波切换电路，22-微波放大电路，221-微波放大芯片RFIC, 23-功率调节电路，231-功率调节器KA，3-阵列发射天线，4-阵列接收天线，5-整流及充电电路，51-谐振单元，52-整流二极管，53-充电电池。
【具体实施方式】
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0035]如图1所示，本实用新型提供一种基于阵列天线的微波无线充电系统，包括微波信号发生器1、微波功率可调放大器2、阵列发射天线3、阵列接收天线4和整流及充电电路5，所述微波信号发生器1产生频率为2.45GHz或5.8GHz的微波信号，所述微波信号发生器1将所述微波信号传输到所述微波功率可调放大器2，并由所述微波功率可调放大器2进行放大，放大后的所述微波信号传输到所述阵列发射天线3，由所述阵列发射天线3将所述微波信号发射进自由空间，所述阵列接收天线4从自由空间接收所述微波信号，并由所述阵列接收天线4将接收的所述微波信号传输到所述整流及充电电路5，由所述整流及充电电路5完成整流以及充电动作。
[0036]如图2所示，所述微波信号发生器2包括用于产生所述微波信号的考必兹振荡电路11和用于放大输出所述微波信号的放大输出级电路12 ;所述考必兹振荡电路11包括频率为2.45GHz的第一电源V1、频率为5.8GHz的第二电源V2、第一开关K1、第二开关K2、变容二极管⑶1和第一三极管Q1，所述第一电源VI和所述第一开关K1串接，所述第二电源V2和所述第二开关K2串接，所述第一开关K1和所述第二开关K2并接在所述变容二极管⑶1的负极，所述变容二极管⑶1的正极接地，所述变容二极管⑶1的负极通过串接第一电阻R1和第一电容C1后，接入所述第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的基极与供能电源Ucc之间串接有第一电感L1、第三电阻R3和第三电感L3，所述第一三极管Q1的集电极与所述供能电源Ucc之间串接有第二电感L2和所述第三电感L3，所述第二电感L2和所述第三电感L3之间并接有第二电容C2，所述第一三极管Q1的集电极与所述第二电感L2之间并接有第三电容C3，所述第一三极管Q1的发射极通过第四电阻R4接地；所述放大输出级电路12包括第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的发射极通过滤波电路13连接，所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第二三极管Q2的集电极输出放大的所述微波信号。
[0037]如图2所示，所述滤波电路13包括第四电容C4、第五电容C5、第五电阻R5、第六电阻R6和第