CN112787107B - 整流天线及设置有整流天线的智能终端 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种天线阵列，包括天线阵列，包括阵列排布的多个圆极化天线单元；以及整流电路，所述天线阵列与所述整流电路通过基板层压连接，其中，所述整流电路包括：在所述整流电路的中央部分设置的四管整流电路、在围绕所述中央部分的所述整流电路的外圈部分设置的单管整流电路、以及在所述整流电路的所述中央部分和所述外圈部分之间的部分设置的双管整流电路。本公开实施例可从不同角度、以及不同方向可以高效率接收微波能量，能够实现小型化及集成化，减少合成损耗，实现大功率能量输出。

Description

整流天线及设置有整流天线的智能终端

技术领域

本公开涉及充电技术领域，尤其涉及一种整流天线及设置有整流天线的智能终端。

背景技术

随着科学技术的不断进步，便携式智能设备，如手机、平板电脑、电子阅读器等已成为人们工作和生活必不可少的实用工具。其中，电池是维持智能设备正常运行的不可或缺的供电元件。电池的电量被智能设备用尽后需要重新充电储存电量。

相关技术中，可通过有线充电器或者无线充电座对智能设备中的电池进行充电，在给智能设备的电池充电的过程中，给用户使用智能设备带来不便。微波传能方式不满足小型化及集成化的实际应用需求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种整流天线及设置有整流天线的智能终端。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种整流天线，包括：天线阵列，包括阵列排布的多个圆极化天线单元；以及整流电路，所述天线阵列与所述整流电路通过基板层压连接，其中，所述整流电路包括：在所述整流电路的中央部分设置的四管整流电路、在围绕所述中央部分的所述整流电路的外圈部分设置的单管整流电路、以及在所述整流电路的所述中央部分和所述外圈部分之间的部分设置的双管整流电路。

在一实施例中，所述四管整流电路与所述双管整流电路的直流输出通过引线并联连接，并与所述单管整流电路的输出直流通过引线进行串联连接。

在一实施例中，所述整流电路具有与所述圆极化天线单元一一对应的多个整流单元；所述整流电路通过引线与负载相连接。

在一实施例中，所述整流电路还包括：直流合并电路，设置于所述整流电路与所述负载之间，并与所述整流电路以及所述负载电连接；多个所述整流单元进行串联或者并联，或者部分串联后，通过所述直流合并电路，将电流传输至所述负载。

在一实施例中，所述天线单元设置有用于连接所述整流电路的引线。

在一实施例中，所述圆极化天线单元的工作频段包括9.6GHz。

在一实施例中，所述圆极化天线单元在-45°～+45°的扫描范围内均具有小于3dB的圆极化轴比。

在一实施例中，所述天线阵列包括沿着第一方向排列的多个圆极化天线单元，以及沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列的多个圆极化天线单元。

在一实施例中，所述天线阵列的中心位置还设置有发射定位信号的定位天线。

在一实施例中，所述天线阵列设置于所述基板的表面；所述整流电路设置于所述基板的内侧。

在一实施例中，所述天线阵列和所述整流电路封装在所述基板的内部，并通过所述基板的内部隔档进行隔离。

在一实施例中，所述天线阵列通过在所述基板上印刷得到。

在一实施例中，所述圆极化天线单元包括：介质层、设置于所述介质层的一侧的上层金属层、以及设置于与所述一侧相对的另一侧的下层金属层；在所述上层金属层和所述下层金属层之间设置有信号合并电路；所述信号合并电路对所述上层金属层接收的电磁波能量进行合并传输至所述下层金属层。

在一实施例中，所述圆极化天线单元与所述整流电路之间还设置有过滤电磁波杂波的输入滤波器；所述整流电路与负载之间电连接有过滤直流电流中杂波的输出滤波器。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种智能终端，包括上述第一方面以及任意一实施例的整流天线，整流天线接收空间中电磁波转换为直流电给智能终端的电池充电。

在一实施例中，整流电路与天线单元一一对应地固定在基板上，基板固定在智能终端的后壳。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：天线单元圆极化设计，改善了极化对准，减少因收发天线极化偏差造成的能量损耗；通过天线阵列与整流电路层压结合设计，从而减小整流天线的尺寸，满足小型化集成化的实际应用需求；通过并联与串联相接整流单元，整流天线可实现大功率直流合成输出。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种整流天线的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的整流天线的侧视结构示意图。

图3是根据一示例性示出的整流天线的组成的示意图。

图4A是根据一示例性实施例示出的整流天线中天线单元的排布方式的示意图。

图4B是根据一示例性实施例示出的整流天线中整流单元的排布方式的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的整流电路中四管整流电路的结构示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的整流电路中四管整流电路的另一结构示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的整流电路中双管整流电路的结构示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的整流电路中单管整流电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本公开的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

需要注意，虽然本文中使用“第一”、“第二”等表述来描述本公开的实施方式的不同模块、步骤和数据等，但是“第一”、“第二”等表述仅是为了在不同的模块、步骤和数据等之间进行区分，而并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。

为了更好地理解按照本公开的整流天线，下面结合附图对本公开的整流天线的优选实施例做进一步阐述说明。其中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制，相同的标号指示的是同一种类型的结构。

如手机等移动终端的功能越来越强大，堪比一部可移动的计算机。随着移动终端的功能强大，耗电量越来越大。由此，对移动终端的充电技术的要求，也越来越高。

相关技术中，通过充电线和充电头对移动终端的电池进行充电。但是，在如上所述的有线充电方式中，移动终端距离电源的位置较近，可能会给用户带来危险。

以往，也有采用无线充电座通过电磁感应对电池进行充电的技术。但是在该无线充电方式中，需要将移动终端放置在充电座上，用户使用移动终端时，应当避免移动终端与充电座分离，给用户的使用带来了不便。

作为替代如上所述的有线充电与无线充电方式的充电方式，提出有所谓微波传能的新型充电方式。相关技术中，由于结构设计的复杂化，微波传能难以实现小型化，或者难以实现大功率直流输出。

本公开实施例提供一种整流天线及具有该整流天线的智能终端，其能够解决上述相关技术中存在的技术问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种整流天线。图1是根据一示例性实施例示出的一种整流天线的结构示意图。图2是根据一示例性实施例示出的一种整流天线的侧视结构示意图。图3是示出根据一示例性实施例示出的整流天线的组成的示意图。图4A是根据一示例性实施例示出的整流天线中天线单元的排布方式的示意图。图4B是根据一示例性实施例示出的整流天线中整流单元的排布方式的示意图。

如图1、图2、以及图3所示，本实施例提供的整流天线包括：天线阵列10、整流电路20、以及基板30。天线阵列10与整流电路20通过基板30层压连接。天线阵列10与整流电路20电连接，整流电路20通过引线与负载进行连接。

如图1至图4B所示，天线阵列10包括多个圆极化天线单元1，多个圆极化天线单元1以阵列形式进行排列。

如图4A以及图4B所示，多个圆极化天线单元1可以沿着横向进行排列，多个圆极化天线单元1可以沿着与所述横向垂直的纵向进行排列。但是本公开并不限于此，多个圆极化天线单元1也可以沿着任意第一方向进行排列，同时多个圆极化天线单元1可以沿着与第一方向以一定角度交叉的第二方向进行排列。

如图4A以及图4B所示，在一些实施例中，天线阵列10的中心位置还可以设置有发射定位信号的定位天线11。天线阵列10的定位天线11可以发送天线阵列10的位置信息至电磁波发射端。天线发射端可以根据定位天线11发射的位置信息对天线阵列10进行预定方向的电磁波发射，该预定方向可以是固定的，也可以是随着天线阵列10的位置变化随之变化的方向。通过在天线阵列10中设置定位天线11，可以提高天线阵列10接收电磁波的准确性。

圆极化天线单元1包括圆极化天线，圆极化天线在-45°～+45°的扫描范围内均具有小于3dB的圆极化轴比。圆极化天线单元1的工作频段可以是9.6GHz或大于9.6GHz。圆极化天线相比其他极化具有高灵敏度、易接收空间电磁波的优势，同时还能抑制雨雾反射杂波的干扰。如上所述的天线单元结构设计具有体积小、重量轻、与载体结合的特点，适合印刷电路工艺的批量生产。

整流电路20包括串联及/或并联连接的多个整流单元2。整流单元2与圆极化天线单元1一一对应地连接。即如图1和图4A和图4B所示，整流电路20包括沿着横向排列的多个整流单元2或沿着与横向垂直的纵向排列的多个整流单元2。即整流电路20具有阵列排布的多个整流单元2。

整流电流20包括：在整流电路20的中央部分设置的四管整流电路、在围绕中央部分的整流电路20的外圈部分设置的单管整流电路、以及在整流电路20的中央部分和外圈部分之间的部分设置的双管整流电路。

即，如图4B所示，在所述整流电路的中央部分(即最内侧虚线以内的部分)设置四管整流电路、在围绕所述中央部分的所述整流电路的外圈部分(即最外侧虚线以外的部分)设置单管整流电路、以及在所述整流电路的所述中央部分和所述外圈部分之间的部分设置双管整流电路。当然，图4B仅属于三部分划分的示例，实际并不限于这种划分方式。

即，在阵列排布的多个整流单元2中，中央部分的整流单元2形成为四管整流电路，围绕中央部分的中间部分的整流单元2形成为双管整流电路，围绕中间部分的外圈部分的整流单元2形成为单管整流电路。

四管整流电路与双管整流电路的直流输出通过引线并联连接，并与单管整流电路的输出直流通过引线进行串联连接，由此可以保持电压、电流的一致性。最终从整流电路20输出的输出直流传送至负载。

通过如上所述的整流电路20的布局，可以在由低到高的输入功率范围内仍具有良好的整流效率。即，整流电路20具有宽输入功率范围的整流效果。

微波输能的过程可以包括如下几个方面：1)直流能量装换为射频能量；2)射频能量通过自由空间传输到目的地；3)在目的地射频能量被接收并转化为直流能量。其中，圆极化天线单元1接收的射频能量通过采用整流单元2的方式将射频能量转换为直流能量。圆极化天线单元1与整流单元2相结合将射频能量转化为直流能量。

在一些实施例中，圆极化天线单元1接收空间电磁波能量至馈线，输入滤波器使圆极化天线单元1工作频率范围内的能量低插入损地通过，并阻碍整流电路产生的二次、三次以及更高次谐波通过天线单元1又辐射到自由空间去。

在一些实施例中，在天线阵列10和整流电路20之间安装有输入滤波器。在整流电路20和负载之间安装有输出滤波器。

整流单元2将圆极化天线单元1接收的电磁波能量转化为直流能量。输出滤波器实现转换后的直流能量低插入损地传到负载，对于基频以及由整流电路产生的二次及以上谐波起到阻碍作用。

通过上述方式设计，整流电路20产生的二次和高次谐波就在输入滤波器和整流单元2之间来回反射，提高了微波能量转换为直流能量的效率。

图5是根据一示例性实施例示出的整流电路中四管整流电路的结构示意图。图6是根据一示例性实施例示出的整流电路中四管整流电路的另一结构示意图。图7是根据一示例性实施例示出的整流电路中双管整流电路的结构示意图。图8是根据一示例性实施例示出的整流电路中单管整流电路的结构示意图。

参照图5至图8，本实施例的整流电路20在具有宽输入功率范围的整流效果，在中央部分采用四管整流，围绕中央部分的中间部分采用双管整流，围绕中间部分的外圈部分(最外圈)采用单管整流。这样布局可以在由低到高的输入功率范围内仍具有良好的整流效率。

整流电路20与天线阵列10采用层压技术结合，保证整流天线小型化的同时，减少天线阵列10到整流电路20的能量损耗。

天线阵列10与整流电路20可以通过PCB板层压连接，缩短了天线阵列10与整流电路20之间能量的传输距离。

通过本实施例的整流天线，可以从任意方向接收自由空间的电磁波，提高了电磁波接收的灵敏度，以及整流天线接收电磁波的效率。

在一些实施例中，圆极化天线单元1设置有用于连接整流单元2的引线。如图2所示，整流单元2与圆极化天线单元1一一对应并被印刷在PCB板内。整流单元2与圆极化天线单元1之间通过引线连接。如图2所示，天线单元1与整流单元2通过金属管状结构连接，该金属管状结构可以是金属管壁。圆极化天线单元1通过该金属管状结构的导电性能与整流单元2电连接。

在本实施例中，引线可以通过印刷与圆极化天线单元1一体成型在PCB板上，也可以是独立于圆极化天线单元1而单独印制在PCB板上。在本实施例中，圆极化天线单元1与引线的金属材质可以是铜、银、钴、镍等中的至少一种，但并不限于此。

在一些实施例中，天线阵列10可以设置于基板30的表面，整流电路20设置于基板30的内侧。基板30将整流电路20封装在基板30的内部，并通过引线与印刷在基板30表面的圆极化天线单元1电连接。

本实施例的整流天线中，将天线单元1设置于基板30的外侧，由此可以避免因将圆极化天线单元1封装在基板30的内侧引起的基板30对圆极化天线单元1的接收电磁波能力的影响，提高了圆极化天线单元1接收自由空间中电磁波的效率圆极化。

在另一些实施例中，参照图2，天线阵列10和整流电路20均封装在基板30的内部，并通过基板30的内部隔档进行隔离。本实施例的整流天线通过将整流单元2与圆极化天线单元1封装在基板30中，可以改善外力碰撞圆极化天线单元1或者划伤圆极化天线单元1造成的天线单元的结构损伤，影响圆极化天线单元1接收自由空间电磁波的效率。

在一些实施例中，整流电路20还包括：直流合并电路，设置于整流单元2与负载之间，与整流单元2和负载电连接；整流单元2串联或者并联，或者部分串联后通过直流合并电路将电流传输至负载。

单个圆极化天线单元1接收电磁波后经与之匹配的整流单元2转换为直流能量，直流合并电路将单个整流单元2的直流能量引出进行处理后用于耗电元件使用。若需要较低电压并且较大电流的情况下，可以将从整流单元2引出的直流能量进行并联。若需较高电压并且较小电流的情况下，可以将从整流单元2引出的直流能量进行串联。若需求的电压在全部并联方式与全部串联方式之间，且电流在全部并联方式与全部串联方式之间，则可以将从整流单元2引出的直流能量进行部分串联，其余部分并联。

根据本公开的另一实施例中，圆极化天线单元1可以是基片集成波导背腔天线。天线阵列10包括多个阵列排布的基片集成波导背腔天线单元。基片集成波导背腔天线单元包括介质层、设置于介质层的一侧的上层金属层、以及设置于与一侧相对的另一侧的下层金属层。上层金属层设置为辐射贴片，用于接收能量，下层金属层设置为整流电路而进行整流输出。

在本实施例中，在上层金属层(圆极化天线单元1)与下层金属层(整流单元2)之间可以设置有信号合并电路，信号合并电路对多个基片集成波导背腔天线单元1接收的电磁波能量进行合并。

本实施例的整流天线在天线单元接收自由空间的电磁波后，天线阵列10中的天线单元接收的电磁波能量进行合并，将合并后的全部电磁波能量传输至整流电路中进行处理。通过这种方式，可以将电磁波能量进行集中处理，降低单独的天线单元与整流单元一一对应处理过程中，电磁波能量的损失，提高整流天线电磁波能量转换为直流点能量的转换率。天线单元的工作频段可以是9.6GHz、2.4GHz、5.85GHz以及毫米波、厘米波等。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种智能终端，该智能终端采用微波传能方式进行充电，包括上述各个实施例中所涉及的整流天线。其中，整流电路20与天线阵列10固定在基板30上，基板30固定在智能终端的后壳。本实施例中，天线阵列10与整流电路20可以印制在智能终端的后壳上。通过小型化集成化的整流天线，可以使智能终端在不同角度、不同方向可以高效率接收微波能量的应用需求，能量转换效率高。提高了用户对智能终端的使用体验感。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施例后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种整流天线，其特征在于，包括：

天线阵列，包括阵列排布的多个圆极化天线单元，所述圆极化天线单元的工作频段包括9.6GHz；以及

整流电路，所述天线阵列与所述整流电路通过基板层压连接，

其中，所述整流电路包括：在所述整流电路的中央部分设置的四管整流电路、在围绕所述中央部分的所述整流电路的外圈部分设置的单管整流电路、以及在所述整流电路的所述中央部分和所述外圈部分之间的部分设置的双管整流电路，所述四管整流电路与所述双管整流电路的直流输出通过引线并联连接，并与所述单管整流电路的输出直流通过引线进行串联连接。

2.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，

所述整流电路具有与所述圆极化天线单元一一对应的多个整流单元；

所述整流电路通过引线与负载相连接。

3.根据权利要求2所述的整流天线，其特征在于，所述整流电路还包括：

直流合并电路，设置于所述整流电路与所述负载之间，并与所述整流电路以及所述负载电连接；

多个所述整流单元进行串联或者并联，或者部分串联后，通过所述直流合并电路，将电流传输至所述负载。

4.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述天线单元设置有用于连接所述整流电路的引线。

5.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述圆极化天线单元在-45°~+45°的扫描范围内均具有小于3dB的圆极化轴比。

6.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述天线阵列包括沿着第一方向排列的多个圆极化天线单元，以及沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列的多个圆极化天线单元。

7.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述天线阵列的中心位置还设置有发射定位信号的定位天线。

8.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，

所述天线阵列设置于所述基板的表面；

所述整流电路设置于所述基板的内侧。

9.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述天线阵列和所述整流电路封装在所述基板的内部，并通过所述基板的内部隔档进行隔离。

10.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述天线阵列通过在所述基板上印刷得到。

11.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，

所述圆极化天线单元与所述整流电路之间还设置有输入滤波器；

所述整流电路与负载之间电连接有输出滤波器。

12.一种智能终端，其特征在于，包括如权利要求1至11中任意一项所述的整流天线，所述整流天线接收空间电磁波转换为直流电给所述智能终端的电池充电。

13.根据权利要求12所述的智能终端，其特征在于，所述整流电路与所述天线单元一一对应地固定在所述基板上，所述基板固定在所述智能终端的后壳。

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