一種基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微波無(wú)線充電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，不論是采用電磁共振式的無(wú)線能量傳輸技術(shù)還是采用電感耦合式的無(wú)線能量傳輸技術(shù)，都主要應(yīng)用于近距離、大功率無(wú)線充電的場(chǎng)合，無(wú)法解決遠(yuǎn)距離無(wú)線充電或供電的問(wèn)題，而遠(yuǎn)距離、小微功率無(wú)線充電或供電的應(yīng)用場(chǎng)合又特別廣泛，例如:
[0003]1、無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的電線來(lái)供電的場(chǎng)合。如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很多傳感器分布在人工難于維護(hù)的狹小空間、密閉場(chǎng)所、水下、細(xì)小管道中等場(chǎng)所。
[0004]2、在易燃、易爆、尚溫等必須避免電火花、線路老化等場(chǎng)所。
[0005]3、在避免復(fù)雜布線，節(jié)省空間，簡(jiǎn)化安裝，縮減體積的場(chǎng)所。
[0006]此外，電磁共振式或電感耦合式的無(wú)線能量傳輸，不能既能兼顧能量接收又能兼顧信息傳輸。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離和小微功率無(wú)線充電，很好地解決特定場(chǎng)合的充電、供電問(wèn)題。
[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)，包括微波信號(hào)發(fā)生器、微波功率可調(diào)放大器、陣列發(fā)射天線、陣列接收天線和整流及充電電路，所述微波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為2.45GHz或5.8GHz的微波信號(hào)，所述微波信號(hào)發(fā)生器將所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿鑫⒉üβ士烧{(diào)放大器，并由所述微波功率可調(diào)放大器進(jìn)行放大，放大后的所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿鲫嚵邪l(fā)射天線，由所述陣列發(fā)射天線將所述微波信號(hào)發(fā)射進(jìn)自由空間，所述陣列接收天線從自由空間接收所述微波信號(hào)，并由所述陣列接收天線將接收的所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿稣骷俺潆婋娐?，由所述整流及充電電路完成整流以及充電?dòng)作。
[0010]進(jìn)一步的，所述微波信號(hào)發(fā)生器包括用于產(chǎn)生所述微波信號(hào)的考必茲振蕩電路和用于放大輸出所述微波信號(hào)的放大輸出級(jí)電路；所述考必茲振蕩電路包括頻率為2.45GHz的第一電源V1、頻率為5.8GHz的第二電源V2、第一開(kāi)關(guān)K1、第二開(kāi)關(guān)K2、變?nèi)荻O管⑶1和第一三極管Q1，所述第一電源VI和所述第一開(kāi)關(guān)K1串接，所述第二電源V2和所述第二開(kāi)關(guān)K2串接，所述第一開(kāi)關(guān)K1和所述第二開(kāi)關(guān)K2并接在所述變?nèi)荻O管CD1的負(fù)極，所述變?nèi)荻O管⑶1的正極接地，所述變?nèi)荻O管⑶1的負(fù)極通過(guò)串接第一電阻R1和第一電容C1后，接入所述第一三極管Q1的基極，所述第一三極管Q1的基極與供能電源Ucc之間串接有第一電感L1、第三電阻R3和第三電感L3，所述第一三極管Q1的集電極與所述供能電源Ucc之間串接有第二電感L2和所述第三電感L3，所述第二電感L2和所述第三電感L3之間并接有第二電容C2，所述第一三極管Q1的集電極與所述第二電感L2之間并接有第三電容C3，所述第一三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)第四電阻R4接地；所述放大輸出級(jí)電路包括第二三極管Q2，所述第二三極管Q2的基極與所述第一三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)濾波電路連接，所述第二三極管Q2的發(fā)射極接地，所述第二三極管Q2的集電極輸出放大的所述微波信號(hào)。[0011 ] 進(jìn)一步的，所述濾波電路包括第四電容C4、第五電容C5、第五電阻R5、第六電阻R6和第七電阻R7，所述第五電阻R5、所述第六電阻R6和所述第七電阻R7首尾連接成三角形整流橋，所述三角形整流橋串接在所述第四電容C4和所述第五電容C5之間。
[0012]進(jìn)一步的，所述微波功率可調(diào)放大器包括微波切換電路、微波放大電路和功率調(diào)節(jié)電路；所述微波切換電路包括第三開(kāi)關(guān)K3、第四開(kāi)關(guān)K4、第五開(kāi)關(guān)K5和第六開(kāi)關(guān)K6，所述微波信號(hào)接入到互為并接的所述第三開(kāi)關(guān)K3和所述第四開(kāi)關(guān)K4的輸入端；所述微波放大電路包括微波放大芯片RFIC，所述第三開(kāi)關(guān)K3的輸出端接入所述微波放大芯片RFIC的第二管腳，所述第四開(kāi)關(guān)K4的輸出端接入所述微波放大芯片RFIC的第一管腳；所述功率調(diào)節(jié)電路包括功率調(diào)節(jié)器KA，所述功率調(diào)節(jié)器KA為4位撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，所述功率調(diào)節(jié)器KA經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器A后接入所述微波放大芯片RFIC的第三管腳，所述微波放大芯片RFIC的第六、七、八管腳輸出功率放大后的所述微波信號(hào)。
[0013]進(jìn)一步的，所述陣列發(fā)射天線包括多個(gè)小發(fā)射單元，所述小發(fā)射單元由互為并聯(lián)的微帶線與電容構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步的，所述陣列接收天線包括多個(gè)小接收單元，所述小接收單元由互為并聯(lián)的微帶線與電容構(gòu)成。
[0015]進(jìn)一步的，所述整流及充電電路包括諧振單元、整流二極管和充電電池，所述諧振單元為RC諧振電路，若干個(gè)所述諧振單元串接，所述整流二極管串接在相鄰的所述諧振單元之間，所述諧振單元的輸出端接入所述充電電池的輸入端。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0017]相比于采用電磁共振式或電感耦合式技術(shù)等的傳統(tǒng)的無(wú)線能量傳輸方式而言，基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0018](1)可廣泛應(yīng)用在易燃、易爆、高溫等惡劣環(huán)境的場(chǎng)合。通過(guò)基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)供電可以避免發(fā)生電火花、線路老化等安全隱患事故。
[0019](2)可廣泛應(yīng)用在無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的電線來(lái)供電的場(chǎng)合。如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很多傳感器分布在人工難于維護(hù)的狹小空間、密閉場(chǎng)所、水下、細(xì)小管道中等場(chǎng)所。通過(guò)基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)對(duì)小微功率的電路自動(dòng)充電，可大大降低電路維護(hù)的工作量，提高電路的可靠性。
[0020](3)可以很好解決電磁共振式或電感耦合式的無(wú)線能量傳輸不能既能兼顧能量傳輸又能兼顧信息傳輸?shù)膯?wèn)題。選定無(wú)需授權(quán)的2.45/5.8GHz微波作為能量載體，與諸多電子通信產(chǎn)品的通信頻率同頻，可以實(shí)現(xiàn)能量接收系統(tǒng)和通信系統(tǒng)天線的復(fù)用，有助于減小產(chǎn)品的體積、降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。這是工作在其它頻段的微波無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)所不具備的，為成果的產(chǎn)業(yè)化打下了良好的基礎(chǔ)。
[0021](4)采用陣列天線作為能量發(fā)射裝置的關(guān)鍵部件，在提高能量傳輸效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量的可變向傳輸。
[0022](5)構(gòu)成陣列接收天線的小接收單元采用便于無(wú)線能量收集的雙頻微帶饋電縫隙接收天線。通過(guò)添加微帶分枝和槽實(shí)現(xiàn)了兼顧雙頻段工作特性，克服了微帶縫隙天線頻帶較窄的缺陷，可以方便地接收2.45GHz和5.8GHz的微波能量和信號(hào)。
[0023](6)在避免復(fù)雜布線的場(chǎng)所，能節(jié)省空間，簡(jiǎn)化安裝，縮減體積的場(chǎng)所。
【附圖說(shuō)明】
[0024]構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理方框圖；
[0026]圖2為微波信號(hào)發(fā)生器的電路圖；
[0027]圖3為微波功率可調(diào)放大器的電路圖；
[0028]圖4為陣列發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為陣列接收天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為整流及充電電路的電路圖。
[0031]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0032]1-微波信號(hào)發(fā)生器，11-考必茲振蕩電路，12-放大輸出級(jí)電路，13-濾波電路，2-微波功率可調(diào)放大器，21-微波切換電路，22-微波放大電路，221-微波放大芯片RFIC, 23-功率調(diào)節(jié)電路，231-功率調(diào)節(jié)器KA，3-陣列發(fā)射天線，4-陣列接收天線，5-整流及充電電路，51-諧振單元，52-整流二極管，53-充電電池。
【具體實(shí)施方式】
[0033]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0034]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0035]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種基于陣列天線的微波無(wú)線充電系統(tǒng)，包括微波信號(hào)發(fā)生器1、微波功率可調(diào)放大器2、陣列發(fā)射天線3、陣列接收天線4和整流及充電電路5，所述微波信號(hào)發(fā)生器1產(chǎn)生頻率為2.45GHz或5.8GHz的微波信號(hào)，所述微波信號(hào)發(fā)生器1將所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿鑫⒉üβ士烧{(diào)放大器2，并由所述微波功率可調(diào)放大器2進(jìn)行放大，放大后的所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿鲫嚵邪l(fā)射天線3，由所述陣列發(fā)射天線3將所述微波信號(hào)發(fā)射進(jìn)自由空間，所述陣列接收天線4從自由空間接收所述微波信號(hào)，并由所述陣列接收天線4將接收的所述微波信號(hào)傳輸?shù)剿稣骷俺潆婋娐?，由所述整流及充電電路5完成整流以及充電動(dòng)作。
[0036]如圖2所示，所述微波信號(hào)發(fā)生器2包括用于產(chǎn)生所述微波信號(hào)的考必茲振蕩電路11和用于放大輸出所述微波信號(hào)的放大輸出級(jí)電路12 ;所述考必茲振蕩電路11包括頻率為2.45GHz的第一電源V1、頻率為5.8GHz的第二電源V2、第一開(kāi)關(guān)K1、第二開(kāi)關(guān)K2、變?nèi)荻O管⑶1和第一三極管Q1，所述第一電源VI和所述第一開(kāi)關(guān)K1串接，所述第二電源V2和所述第二開(kāi)關(guān)K2串接，所述第一開(kāi)關(guān)K1和所述第二開(kāi)關(guān)K2并接在所述變?nèi)荻O管⑶1的負(fù)極，所述變?nèi)荻O管⑶1的正極接地，所述變?nèi)荻O管⑶1的負(fù)極通過(guò)串接第一電阻R1和第一電容C1后，接入所述第一三極管Q1的基極，所述第一三極管Q1的基極與供能電源Ucc之間串接有第一電感L1、第三電阻R3和第三電感L3，所述第一三極管Q1的集電極與所述供能電源Ucc之間串接有第二電感L2和所述第三電感L3，所述第二電感L2和所述第三電感L3之間并接有第二電容C2，所述第一三極管Q1的集電極與所述第二電感L2之間并接有第三電容C3，所述第一三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)第四電阻R4接地；所述放大輸出級(jí)電路12包括第二三極管Q2，所述第二三極管Q2的基極與所述第一三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)濾波電路13連接，所述第二三極管Q2的發(fā)射極接地，所述第二三極管Q2的集電極輸出放大的所述微波信號(hào)。
[0037]如圖2所示，所述濾波電路13包括第四電容C4、第五電容C5、第五電阻R5、第六電阻R6和第