CN107947391B - 微波发射系统、装置及微波天线的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波发射系统，包括：电流转换模块，用于获取直流电流信号；微波信号发生模块，用于将所述直流电流信号转换成微波信号；天线基底，表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面；微波天线，用于发射所述微波信号，所述微波天线为超表面结构，形成于所述天线基底表面，从而使所述微波天线的各部分处于两个以上的平面。上述微波发射系统，利用微波天线的超表面结构，使微波信号从多个角度发射，实现了在不同角度位置的待充电设备能都能接收到微波信号。

Description

微波发射系统、装置及微波天线的制备方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种微波发射系统、装置及微波天线的制备方法。

背景技术

传统电源供电必须通过电源和信号线等导线连接才能完成，这种供电方式无法摆脱导线的束缚，且存在导线接触、摩擦等产生的放电危险，为此无线充电方法应用而生。当前无线充电方法原理上可分为三类：一是电磁感应方式；二是磁共振方式；三是微波输能方式。依赖于目前的技术水平，前两种方式的充电距离不能超过1米，甚至需要接触充电，即前两种方式原理上仍是近距离充电。而微波充电技术目前唯一能实现中远距离无线充电的方式。

传统的微波发射装置从单一角度发射微波信号，导致待充电设备必须与微波发射装置平行才能接收到微波信号，因此对待充电设备的位置摆放带来了极大的不便。

发明内容

基于此，有必要针对微波信号发射角度单一的问题，提供一种微波发射系统及方法。

一种微波发射系统，包括：

电流转换模块，用于获取直流电流信号；

微波信号发生模块，用于将所述直流电流信号转换成微波信号；

天线基底，表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面；

微波天线，用于发射所述微波信号；所述微波天线为超表面结构，形成于所述天线基底表面，从而使所述微波天线的各部分处于两个以上的平面。

在其中一个实施例中，所述天线基底采用可弯曲材质，所述微波天线由超表面薄膜构成，所述微波天线附着在所述天线基底上。

在其中一个实施例中，所述天线基底为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料。

在其中一个实施例中，所述天线基底的表面为环形曲面和圆形平面相交的表面。

在其中一个实施例中，所述微波信号发生模块包括：

振荡电路，用于将所述直流电流信号转换为预设频率的微波信号；

功率放大电路，用于增强所述微波信号的功率，并将增强后的微波信号发送至超表面模块。

在其中一个实施例中，还包括：

馈电模块，连接所述微波信号发生模块与所述微波天线，用于将所述微波信号发生模块产生的微波信号发送至所述微波天线中。

一种微波发射装置，包括上述的微波发射系统，还包括：

盖板，用于覆盖微波天线。

在其中一个实施例中，所述盖板为绝缘材料。

一种微波天线的制备方法，包括：

在天线基底表面设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案的掩膜板，所述天线基底采用可弯曲材质；

通过蒸发镀膜在所述天线基底表面形成超表面结构的微波天线；

弯曲和/或折叠所述天线基底，使其形成表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面的形状，以使形成于所述天线基底表面的微波天线的各部分处于两个以上的平面。

在其中一个实施例中，所述在天线基底表面设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案的掩膜板的步骤之前，还包括：

采用超声波清洗所述天线基底。

上述微波发射系统，利用天线基底的曲面结构和/或包括两个以上的相交表面，以及通过附着在所述天线基底上的微波天线，使微波信号从两个以上角度发射，从而实现了在不同角度位置的待充电设备能都能接收到微波信号。

附图说明

图1为一实施例的微波发射系统示意图；

图2为一实施例的天线基底和微波天线结构示意图；

图3为一实施例的天线基底表面形状示意图；

图4为一实施例的微波信号发生模块示意图；

图5为另一实施例的微波发射系统示意图；

图6为一实施例的微波发射装置结构示意图；

图7为一实施例的微波天线的制备方法流程图；

图8为另一实施例的微波天线的制备方法流程图；

图9为一实施例的微波发射方法流程图。

具体实施方式

图1为一实施例的微波发射系统，应用于信号发射器，该系统包括：

电流转换模块100，用于获取直流电流信号。

微波信号发生模块200，用于将直流电流信号转换成微波信号。

天线基底300，表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面。

微波天线400，用于发射微波信号。其中微波天线400为超表面结构，形成于天线基底300表面，从而使微波天线的各部分处于两个以上的平面。

上述微波发射系统，利用天线基底300的曲面结构和/或包括两个以上的相交表面，以及通过附着在所述天线基底300上的微波天线400，使微波信号从两个以上角度发射。从而实现了在不同角度位置的待充电设备能都能接收到微波信号。

具体地，天线基底300用于覆盖微波信号发射器的外表面，天线基底300为柔性材料，可以折叠成与信号发射器的外表面相同的形状，并覆盖在其外表面上。还可以折叠成其它与信号发射器不同的形状，并覆盖在信号发射器的外表面上。

具体地，天线基底300覆盖信号发射器的外表面的至少一面，且每一覆盖面都附着有微波天线400，从而使微波信号从多个角度发射，以便在不同角度位置的待充电设备能接收到微波信号进行无线充电。

具体地，如图2所示，天线基底300采用可弯曲材质，微波天线400由超表面薄膜构成，微波天线400附着在天线基底300上。

在本实施例中，超表面薄膜是由具有特殊电磁属性的人工原子按照一定的排列方式组成的二维平面结构，通过控制波前相位、偏振以及偏振进行电磁波束调控的新结构，能仔细分辨原来的电波频率，接收电波频率的范围大，能将减弱或增加的原电磁波频率都进行吸收，提高了电磁波的吸收率。

进一步地，天线基底300为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料等柔性材料。

在本实施例中，天线基底300采用玻璃纤维材料、氧化铝纤维材料或碳化硅纤维材料。上述材料易折叠，且具有以下优点：介电常数低、介质损耗小、热膨胀系数小、耐高温及导热性能优良。其中，介电常数能达到1-2的极低范围，以这种天线基底制得的超表面在整体上能获得极低的介电常数。

具体地，参见图3，天线基底300的表面为环形曲面310a和圆形平面310b相交的表面。

本实施例中，天线基底300的表面为环形曲面310a和圆形平面310b的组合形状。其中，在环形曲面310a和圆形平面310b上均附着一层超表面薄膜，在超表面薄膜上均匀分布微波天线(图未显示)，微波天线通过环形曲面310a和圆形平面310b可将微波信号从多个角度发射。

此外，天线基底300还可以折叠成弧形、环形及球形等曲面形状，或者为平面形状，以及曲面形状和平面形状的组合形状。

进一步地，天线基底300还可以弯曲或折叠成与信号发射器的外表面相同的形状。

具体地，电流转换模块100包括变压器和二极管。其中，变压器用于调节输入电压的大小，二极管用于将交流信号转换为直流信号。例如，在对手持式电子产品或小型用电器充电时，通常的供电形式是交流220V，而手持式电子产品或小型用电器都是依靠低压直流来进行充电的。所以当信号发射器连接交流220V电源时，电流转换模块100将交流220V转换为低压的直流信号，以便手持式电子产品或小型用电器充电。

电流转换模块100还可以为直流-直流转换器。直流-直流转换器用于调节直流电流的大小。例如，当信号发射器连接直流电源时，通过电流转换模块100(即直流-直流转换器)，调节输入的直流信号大小，以匹配待充电电器的充电电流大小。

具体地，如图4所示，微波信号发生模块200包括：

振荡电路210，用于将直流电流信号转换为预设频率的微波信号；

功率放大电路220，用于增强微波信号的功率，并将增强后的微波信号发送至微波天线400。

在本实施例中，振荡电路210(振荡器)将直流电流信号转换为待充电设备所需频段的微波信号，即预设频率为待充电设备所需的微波频段。通过功率放大电路220对微波信号进行功率放大，用于补偿微波信号在传播中的损耗。

具体地，如图5所示，微波发射系统还包括：

馈电模块500，连接微波信号发生模块200与微波天线400，用于将微波信号发生模块200产生的微波信号发送至微波天线400。

本实施例中，馈电模块500包括多个功率分配器，各功率分配器将微波信号发生模块200产生的微波信号分配给各微波天线400。

图6为一实施例的微波发射装置的其中一侧截面图，该微波发射装置包括上述的微波发射系统，还包括：

盖板600，用于覆盖微波天线400。

具体地，盖板600为绝缘材料。由于电磁波遇到金属材料时会发生反射，但能穿透玻璃、塑料及陶瓷等绝缘材料。所以，本实施例中的盖板600可以为玻璃、塑料及陶瓷等绝缘材料。当进行微波无线充电时，电流转换模块100接收电流信号(直流信号或交流信号)，并将电流信号转换为直流电流信号输出至微波信号发生模块200；微波信号发生模块200将直流电流信号转换为微波信号(电磁波)，该微波信号经微波天线400发射，并穿透由绝缘材料组成的盖板600，进而向自由空间辐射。

图7为一实施例的微波天线的制备方法，包括步骤：

步骤S200：在天线基底表面设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案的掩膜板。其中，天线基底采用可弯曲材质。

本步骤中利用夹具将天线基底300固定在镀膜设备上。掩膜板与天线基底300贴合，掩膜板上刻有预设的超表面图案。预设的超表面图案为：圆形、环形、三角形或矩形等形状。掩膜板的厚度为0.1毫米至0.2毫米，材料为钼或铬。

步骤S300：通过蒸发镀膜在所述天线基底表面形成超表面结构的微波天线。

本步骤中，先将天线基底300加热到60摄氏度至80摄氏度之间，加热时间为30分钟左右。在镀膜室内，氧气流量和氩气流量配比为1比3，天线基底300运行速度为1.5米每分钟，总的镀膜时间为10分钟至15分钟。

步骤S400：弯曲和/或折叠所述天线基底，使其形成表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面的形状，以使形成于所述天线基底表面的微波天线的各部分处于两个以上的平面。

本步骤中，天线基底300可以折叠成弧形、环形及球形等曲面形状，或者为平面形状。天线基底300还可以折叠成曲面形状和平面形状的组合形状。

进一步地，参见图8，步骤S200之前还包括步骤：

步骤S100：采用超声波清洗所述天线基底。

本步骤中，利用超声波将天线基底300上的灰尘、油污清洗干净，并设置天线基底的厚度为0.1mm至0.3mm。

图9为一实施例的微波发射方法，应用于信号发射器，该方法包括：

步骤S100'：获取直流电流信号。

本步骤中，信号发射器可直接连接直流电源，获取直流电流信号；还可以连接交流电源，并通过电流转换电路将交流电流信号转换为直流电流信号。

步骤S200'：将直流电流信号转换为预设频率的微波信号。

本步骤中，预设频率为待充电设备所需的微波频段。

步骤S300'：利用超表面将微波信号从多个角度发射。

本步骤中，超表面包括天线基底300和超表面薄膜(微波天线400)，天线基底300可以折叠成弧形、环形及球形等曲面形状，或者为平面形状。天线基底300还可以折叠成曲面形状和平面形状的组合形状。

上述微波发射系统，利用天线基底300的曲面结构和/或包括两个以上的相交表面，以及通过附着在所述天线基底300上的微波天线400，使微波信号从两个以上角度发射。从而实现了在不同角度位置的待充电设备能都能接收到微波信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微波发射系统，其特征在于，包括：

电流转换模块，用于获取直流电流信号；

微波信号发生模块，用于将所述直流电流信号转换成微波信号；

天线基底，表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面；

微波天线，用于发射所述微波信号；所述微波天线为超表面结构，形成于所述天线基底表面，所述天线基底采用可弯曲材质，所述微波天线由超表面薄膜构成，所述微波天线附着在所述天线基底上；

所述天线基底为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料。

2.根据权利要求1所述的微波发射系统，其特征在于，所述天线基底的表面包括环形曲面和圆形平面，其所述环形曲面和圆形平面相交。

3.根据权利要求1所述的微波发射系统，其特征在于，所述微波信号发生模块包括：

振荡电路，用于将所述直流电流信号转换为预设频率的微波信号；

功率放大电路，用于增强所述微波信号的功率，并将增强后的微波信号发送至超表面模块。

4.根据权利要求1所述的微波发射系统，其特征在于，还包括：

馈电模块，连接所述微波信号发生模块与所述微波天线，用于将所述微波信号发生模块产生的微波信号发送至所述微波天线中。

5.根据权利要求1所述的微波发射系统，其特征在于，所述天线基底为弧形、环形或球形。

6.根据权利要求1所述的微波发射系统，其特征在于，所述电流转换模块为直流-直流转换器。

7.一种微波发射装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的微波发射系统，还包括：

盖板，用于覆盖微波天线。

8.根据权利要求7所述的微波发射装置，其特征在于，所述盖板为绝缘材料。

9.一种微波天线的制备方法，包括：

在天线基底表面设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案的掩膜板，所述天线基底采用可弯曲材质；

通过蒸发镀膜在所述天线基底表面形成超表面结构的微波天线；

弯曲和/或折叠所述天线基底，使其形成表面为曲面结构和/或包括两个以上的相交表面的形状。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述在天线基底表面设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案的掩膜板的步骤之前，还包括：

采用超声波清洗所述天线基底。

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