整流天线制造技术

本发明专利技术提供了一种整流天线，包括：天线、整流器和闭环控制器。闭环控制器的输入端连接至整流器的输出端，闭环控制器配置为对在整流器的输出端处的输出电压进行采样以得到采样电压，并且基于采样电压与预设的基准电压的比较，生成施加于整流器的偏置电压。整流器配置为基于由闭环控制器施加的偏置电压，将从天线接收到的射频能量的一部分反射回天线。反射回所述天线的射频能量相对于采样电压正相关地变化。当采样电压大于基准电压时，整流器的输出电压减小，反之，输出电压增大。本发明专利技术的整流天线能够提供稳定的输出直流电压，避免传统整流天线的电压调节器中的热能耗散，并且防止整流二极管在高射频输入电力或高直流负载情况下的击穿。下的击穿。下的击穿。

【技术实现步骤摘要】
整流天线


[0001]本专利技术涉及无线电力传输
，特别是涉及整流天线。

技术介绍

[0002]无线电力传输(Wireless Power Transmission，WPT)是一种不经由电导体将电力能量从发电装置或供电端传送到电力接收装置的技术。整流天线(Rectenna或Rectifying Antenna)是通过无线电波传输电力的WPT中的关键部件之一，它是整流器和天线的有机结合。作为一种特殊类型的接收天线，整流天线能够接收从发射器发出的在空间中传输的诸如微波能量的射频(Radio Frequency，RF)能量，并将接收到的射频能量转换为直流(Direct Current，DC)电，以为系统负载供电。简单的整流天线由偶极天线和连接在偶极元件上的射频二极管组成。RF二极管对微波在天线中感应的交流电进行整流，以生成直流电，这样的RF二极管也称为整流二极管。
[0003]整流天线的输出直流电压应保持稳定，然而，由于无线电力传输距离和系统负载的变化，输出直流电压通常会波动。特别地，系统负载的变化将导致输出直流电压发生明显的变化。这对于含有数字电路或微控制的系统是无法接受的。此外，系统负载的升高会导致输出直流电压上升，这进而导致整流二极管被反向击穿。因此，需要对整流天线的整流器的输出电压进行调节，以使整流天线的输出电压尽量保持稳定。
[0004]在现有技术中，已经采用了一些手段来调节整流天线的整流器的输出电压。
[0005]如图1所示，传统的整流天线100包括天线101和整流器102，其中，天线101用于接收具有射频功率P
RF
的射频能量，功率限制器102用于限制输入整流器102的射频能量以防止整流器中的整流二极管在高射频能量输入的情况下被击穿，整流器103用于将输入的射频能量转换为具有电压V
Rec
的直流电。目前，已知在整流器103和系统负载之间增加电压调节器104，以将V
Rec
调节为提供给系统负载的稳定电压V
out
，这样的电压调节器也被称为稳压器。已知的电压调节器104所采用的稳压电路主要包括线性型和开关型。对于线性型稳压方式，整流器输出电压V
Rec
与要提供给系统负载的电压V
out
之间的电压差被施加到稳压电路内部的线性晶体管上，在这种情况下，不需要的功率以热能的形式耗散。对于开关型稳压方式，稳压电路使用非隔离式DC/DC转换器(通常降压或升压转换器)来调节V
out
。与线性型稳压方式相比，开关型稳压方式具有更高的效率，但是受到大尺寸电感器的影响，其电路构造较复杂，并且难以集成。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种具有改进的输出电压调节能力的紧凑的整流天线，该整流天线能够不管无线电力传输距离引起的射频输入电力波动，也不管系统负载的变化，维持稳定的输出直流电压，并且避免传统整流天线的电压调节器中的热能耗散，防止整流二极管在高射频输入电力或高直流负载情况下的击穿。
[0007]本专利技术提供了一种恒压输出的整流天线，其采用了有别于常规的线性型或开关型
电压调节的新型的电压调节方式。具体地，该整流天线包括天线、整流器和闭环控制器。所述天线配置为接收以无线电波形式传输的射频能量。所述整流器具有输入端和输出端，所述整流器配置为在所述输入端输入由所述天线接收到的所述射频能量，将所述射频能量转换为直流电，并且在所述输出端输出所述直流电。所述闭环控制器的输入端连接至所述整流器的输出端，所述闭环控制器配置为对在所述整流器的输出端处的输出电压进行采样以得到采样电压，并且基于所述采样电压与预设的基准电压的比较，生成施加于所述整流器的偏置电压。所述整流器还配置为基于由所述闭环控制器施加的偏置电压，将从所述天线接收到的所述射频能量的一部分反射回所述天线。反射回所述天线的射频能量相对于所述采样电压正相关地变化。当所述采样电压大于所述基准电压时，所述整流器以相较于获得所述采样电压时的输出电压减小的输出电压输出直流电，而当所述采样电压小于所述基准电压时，所述整流器以相较于获得所述采样电压时的输出电压增大的输出电压输出直流电。
[0008]在其中一个实施例中，所述整流器具有输入反射系数，所述输入反射系数的绝对值相对于所述偏置电压正相关地变化。
[0009]在其中一个实施例中，所述整流器的输出电压相对于所述偏置电压负相关地变化。
[0010]在其中一个实施例中，所述闭环控制器包括：采样电路，其配置为采样在所述整流器的输出端处的输出电压以生成所述采样电压；基准电压源，其配置为提供所述基准电压；运算放大器，其同相输入端输入所述采样电压，其反相输入端输入所述基准电压，并且其输出端输出所述偏置电压。
[0011]在其中一个实施例中，所述偏置电压基于所述采样电压与所述基准电压之间的差值。
[0012]在其中一个实施例中，所述基准电压源和所述运算放大器的工作电压由所述整流器的输出电压提供。
[0013]在其中一个实施例中，所述整流器为频率可调谐整流器。
[0014]在其中一个实施例中，所述频率可调谐整流器包括整流二极管、可调谐阻抗匹配网络和低通滤波器，所述可调谐阻抗匹配网络包括微带线、微带对称耦合线和可变电容器，其中，所述可变电容器的电容受所述闭环控制器生成的所述偏置电压的控制。
[0015]在其中一个实施例中，所述可变电容器包括变容二极管和偏置电路，所述变容二极管被所述偏置电压动态反向偏置。
[0016]在其中一个实施例中，所述偏置电路包括依次串联连接的偏置旁路电容器、偏置电感器和隔直电容器，所述偏置电压在所述偏置旁路电容器和所述偏置电感器之间输入所述可变电容器，所述变容二极管与所述隔直电容器并联地连接至所述偏置电感器。
[0017]上述整流天线，通过闭环控制器采样整流器的输出电压，并且基于采样电压与预设的基准电压的比较，生成施加于整流器的偏置电压，使得整流器将从天线接收到的射频能量的一部分反射回天线。当采样电压大于基准电压时，反射回天线的射频能量增大，因此，整流器以相较于获得采样电压时的输出电压减小的输出电压输出直流电，反之，当采样电压小于基准电压时，反射回天线的射频能量减小，整流器以相较于获得采样电压时的输出电压减小的输出电压输出直流电。由此，该整流天线能够基于对输出电压的反馈，实时
地、自适应地调节新的输出电压。相较于传统的整流天线，在本专利技术的整流天线中，不通过热量来耗散不需要的功率，而是根据采样到的整流器的输出电压将一部分入射到整流器的射频功率反射回天线。由于反射回天线的射频能量相对于采样电压正相关地变化，因此，采样电压比预设的基准电压越大，反射回天线的射频能量就越高。由此，本专利技术的整流天线能够维持稳定的输出直流电压，并且避免传统整流天线的电压调节器中的热能耗散。并且，本专利技术的整流天线能够防止整流二极管在高射频输入电力或高直流负载情况下的击穿，而无需如传统的整流天线那样在输入端处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整流天线，包括：天线，其配置为接收以无线电波形式传输的射频能量；整流器，其具有输入端和输出端，所述整流器配置为在所述输入端输入由所述天线接收到的所述射频能量，将所述射频能量转换为直流电，并且在所述输出端输出所述直流电；其特征在于，所述整流天线还包括：闭环控制器，其输入端连接至所述整流器的输出端，所述闭环控制器配置为对在所述整流器的输出端处的输出电压进行采样以得到采样电压，并且基于所述采样电压与预设的基准电压的比较，生成施加于所述整流器的偏置电压；其中，所述整流器还配置为基于由所述闭环控制器施加的偏置电压，将从所述天线接收到的所述射频能量的一部分反射回所述天线；其中，反射回所述天线的射频能量相对于所述采样电压正相关地变化；其中，当所述采样电压大于所述基准电压时，所述整流器以相较于获得所述采样电压时的输出电压减小的输出电压输出直流电，而当所述采样电压小于所述基准电压时，所述整流器以相较于获得所述采样电压时的输出电压增大的输出电压输出直流电。2.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述整流器具有输入反射系数，所述输入反射系数的绝对值相对于所述偏置电压正相关地变化。3.根据权利要求2所述的整流天线，其特征在于，所述整流器的输出电压相对于所述偏置电压负相关地变化。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的整流天线，其特征在于，所述闭环控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永新，高思平，武鹏德，
申请(专利权)人：重庆新国大研究院，
类型：发明
国别省市：