CN105609964B - 基于波纹全息超表面电磁能量收集结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构，包括介质基板、介质基板上的微带线、波纹全息超表面主体组成；波纹全息超表面主体为椭圆表面，为由一个以上波纹全息超表面主体单元结构组成的圆弧条带阵列，各金属贴片圆弧条带阵的圆心与所述微带线连接；金属贴片圆弧条带阵列由一个以上金属贴片组成；金属贴片的尺寸由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐减小；金属贴片的间隙由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐逐渐扩大。本发明可以实现将空间电磁波高效转换成表面波并实现能量汇聚，从而实现高效能量收集，物联网、射频识别（RFID）、无线传感器网络（WSN）和能量收集与回收等领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁能量收集结构,尤其涉及一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集装置，属于新型人工电磁材料、能量收集与回收领域，应用于物联网、射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）等领域。
背景技术
作为物联网的两大核心技术，射频识别（RFID）和无线传感器网络（WSN）已得到国际上学术界和企业界的高度关注，各国政府部门亦积极推进物联网的发展。WSN和RFID等物联网技术已经渗透到各个领域：如国防安全、空间探测、环境监测等。RFID、WSN节点分布范围广、数量多、或工作于不可及的特殊环境中，无线能量供给技术是延长其生命周期、拓宽应用范围的关键技术。环境功率电磁能量转换和收集利用技术收集自由空间的电磁能量，在接收端转换成直流能量。环境电磁能量存在功率密度低（小于-30dBm）且变化范围宽、频带多等特点。在低微功率输入的情况下，整流电路的效率会急剧下降（低于10%），从而降低整个系统的能量转换效率。
新型人工电磁材料是电磁学中新兴的研究领域,由一系列设计的结构单元在亚波长尺度上按照一定规律排列构成。通过改变单元结构设计即可改变新型人工电磁材料的本构关系,为人工控制电磁传播提供了极大的便利。近些年新型人工电磁材料得到了长足的发展,在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用，有望应用于物联网、射频识别（RFID）、无线传感器网络（WSN）和能量收集与回收等领域。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构。
本发明采用以下技术方案：
一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构，包括介质基板以及介质基板上的微带线、波纹全息超表面主体组成；所述波纹全息超表面主体为椭圆表面，由一个以上波纹全息超表面主体单元结构组成；所述波纹全息超表面主体单元结构为圆弧条带阵列，由一个以上金属贴片共圆心的组成；所述各金属贴片圆弧条带阵的圆心与所述微带线连接；所述金属贴片圆弧条带阵列由一个以上金属贴片组成；所述金属贴片的尺寸由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐减小；所述金属贴片的间隙由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐逐渐扩大。
本发明采用上述技术方案，取得的有益效果在于：
本发明对空间低微电磁能量起到汇聚效果，提高整流电路的输入功率，从而实现高效的电磁能量收集装置。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明中波纹全息超表面主体单元结构的俯视图；
其中1-介质基板，2-微带线，3-波纹全息超表面主体，4-波纹全息超表面主体单元结构，5-介质厚度，6-金属厚度，7-位于介质基板下的地板，8-波纹全息超表面主体单元结构的周期，9-方形金属贴片的边长，10 -方形金属贴片的间隙。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例，对本发明做进一步阐述。
实施例1：
参见图1和图2，一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构，包括介质基板1以及介质基板上的微带线2、波纹全息超表面主体3和位于介质基板下的地层7组成；所述波纹全息超表面主体3为椭圆表面，由一个以上波纹全息超表面主体单元结构4组成；所述波纹全息超表面主体单元结构4为圆弧条带阵列，由一个以上金属贴片共圆心的组成；所述各金属贴片圆弧条带阵的圆心与所述微带线连接；所述金属贴片圆弧条带阵列由一个以上金属贴片组成；所述金属贴片的尺寸由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐减小；所述金属贴片的间隙由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐逐渐扩大。
本实施例中波纹全息超表面主体3是由离散分布的金属方形贴片结构单元组成，金属方形贴片结构单元的分布是由波纹全息超表面的分布经过光学变换后演变而来，这种分布使得全息超表面形成聚焦，可以实现对入射的电磁波起到汇聚效果，提高入射电磁波的功率密度，波纹全息超表面主体3的折射率的调控是通过金属方形贴片单元结构的贴片间隙来控制的。具体地,波纹全息超表面主体成轴对称,沿对称轴方向金属方形贴片单元结构的贴片间隙从靠近所述微带线向远离所述微带线逐渐扩大,然后逐渐减小经过第一个波纹，之后依次周期性变化。如图3所示，金属方形贴片结构单元俯视图，其具体尺寸波纹全息超表面主体单元结构的周期8为3mm，方形金属贴片的边长9为从0.5mm到2.9mm, 方形金属贴片的间隙10从0.05mm到1.25mm，根据工作频段的不同，可以对上数结构参数进行调整。
在本实施例中，介质厚度5为1.6mm，金属厚度9为0.035mm。
本发明所提出的基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构,首先空间电磁波通过入射在波纹全息超表面结构，由于波纹全息超表面具有聚焦性能，能够将入射的空间传播波转换成表面波，并起到汇聚效果，有望提高入射空间电磁波的功率密度，在波纹全息超表面前端引入一段微带线将从波纹全息超表面汇聚的电磁波能量接整流电路收集。本发明将克服传统的空间电磁波功率密度低不易高效的能量收集问题，有望实现高效的将空间电磁波的能量收集并转换成可使用的电能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种基于波纹全息超表面的电磁能量收集结构，其特征在于：包括介质基板(1)以及介质基板上的微带线(2)、波纹全息超表面主体(3)组成；所述波纹全息超表面主体(3)为椭圆表面，由一个以上波纹全息超表面主体单元结构(4)组成；所述波纹全息超表面主体单元结构(4)为圆弧条带阵列，由一个以上金属贴片共圆心的组成；所述各金属贴片圆弧条带阵的圆心与所述微带线连接；所述金属贴片圆弧条带阵列由一个以上金属贴片组成；每个金属贴片圆弧条带阵列的所述金属贴片的尺寸由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐减小；每个金属贴片圆弧条带阵列的所述金属贴片的间隙由接近微带线一侧向远离微带线一侧逐渐扩大；波纹全息超表面主体(3)是由离散分布的金属方形贴片结构单元组成，波纹全息超表面主体(3)的折射率的调控是通过金属方形贴片单元结构的贴片间隙来控制。
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Non-Patent Citations (1)
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| 全息天线理论和技术研究;赵春生;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20131215(第S2期);文章第10-12页，第30页-46页及附图4.4,4.12-4.21 |
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