CN207691543U - 微波收发系统及微波充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微波收发系统及微波充电装置，微波收发系统包括微波发射装置和微波接收装置，其中，所述微波发射装置包括超表面发射模块，所述超表面发射模块的表面为单个曲面和/或包括两个以上相交的曲面，且所述表面均匀设有微波天线，用于将微波信号从多个角度发射；所述微波接收装置包括超表面接收模块，所述超表面接收模块的表面为曲面结构且均匀设置有微波天线，用于接收不同角度的所述微波信号。上述微波收发系统，通过设置在曲面上的微波天线，可实现超表面发射模块的微波信号从多个角度发射，以及超表面接收模块从不同角度接收超表面发射模块所发射的微波信号。

Description

微波收发系统及微波充电装置

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种微波收发系统及微波充电装置。

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。

传统的微波无线充电方式只支持单一角度的微波信号的发射和接收，导致微波信号发射端与待充电设备需在一个固定的角度上才能进行无线充电，因此对待充电设备的位置摆放带来了极大的不便。

实用新型内容

基于此，有必要针对微波无线充电方式只支持单一角度的微波信号的发射和接收的问题，提供一种微波收发系统及微波充电装置。

一种微波收发系统，包括微波发射装置和微波接收装置，其中：

所述微波发射装置包括超表面发射模块，所述超表面发射模块的表面为单个曲面和/或包括两个以上相交的曲面，且所述表面均匀设有微波天线，用于将微波信号从多个角度发射；

所述微波接收装置包括超表面接收模块，所述超表面接收模块的表面为曲面结构且均匀设置有微波天线，用于接收不同角度的所述微波信号。

在其中一个实施例中，所述超表面发射模块的表面包括环形曲面和圆形曲面，且所述环形曲面和所述圆形曲面相交。

在其中一个实施例中，所述超表面发射模块和所述超表面接收模块的表面均由介质基底、超表面薄膜及曲面盖板构成，所述曲面盖板覆盖所述超表面薄膜的一侧，所述超表面薄膜的另一侧附着于介质基底上。

在其中一个实施例中，所述微波天线由超表面薄膜构成。

在其中一个实施例中，所述介质基底为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料。

在其中一个实施例中，所述曲面盖板为绝缘材料。

一种微波充电装置，包括上述的微波收发系统；

所述微波发射装置还包括：

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，并将所述微波信号发送至所述超表面发射模块；

所述微波接收装置还包括：

微波信号转换模块，用于接收来自所述超表面接收模块的微波信号，并将所述微波信号转换为直流信号；

直流转换模块，用于将所述直流信号转换为直流电能。

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发射模块。

在其中一个实施例中，所述微波信号转换模块包括：

滤波单元，用于接收来自所述超表面接收模块的微波信号，并过滤干扰信号以输出具有预设频率的微波信号；

匹配单元，用于提高所述滤波单元处理后输出的微波信号的信噪比；

整流单元，用于将所述匹配单元处理后输出的微波信号转换为直流信号。

在其中一个实施例中，微波充电装置还包括电池，所述微波接收装置还包括用于容置电池的电池容置部，所述直流转换模块用于连接所述电池，为所述电池提供直流电能。

上述微波收发系统，通过设置在曲面上的微波天线，可实现超表面发射模块的微波信号从多个角度发射，以及超表面接收模块从不同角度接收超表面发射模块所发射的微波信号。

附图说明

图1为一实施例的微波收发系统示意图；

图2为一实施例的超表面发射模块的表面形状示意图；

图3为一实施例的超表面发射模块和超表面接收模块的表面结构示意图；

图4为图3中的表面结构的一种制备方法流程图；

图5为图3中的表面结构的另一种制备方法流程图；

图6为一实施例的微波充电装置模块示意图；

图7为图6中微波信号发生模块的结构示意图；

图8为图6中微波信号转换模块的结构示意图；

图9为另一实施例的微波充电装置模块示意图。

具体实施方式

图1为一实施例的微波收发系统，包括微波发射装置100和微波接收装置200，其中，微波发射装置100包括超表面发射模块110，超表面发射模块110的表面为单个曲面和/或包括两个以上相交的曲面，且表面均匀设有微波天线，用于将微波信号从多个角度发射。微波接收装置200包括超表面接收模块210，超表面接收模块210的表面为曲面结构且均匀设置有微波天线，用于接收不同角度的微波信号。

在本实施例中，通过设置在曲面上的微波天线(图未显示)，可实现超表面发射模块的微波信号从多个角度发射，以及超表面接收模块从不同角度接收超表面发射模块所发射的微波信号。

具体地，如图2所示，超表面发射模块110的表面包括环形曲面110a和圆形曲面110b，且环形曲面110a和所述圆形曲面110b相交。

本实施例中，超表面发射模块110的表面为环形曲面110a和圆形平面110b的组合形状。通过设置在环形曲面110a和圆形平面110b上的微波天线(图未显示)，可将微波信号从多个角度发射。

此外，超表面发射模块110的表面还可以为弧形、环形及球形等曲面形状，或者为曲面形状和平面形状的组合形状。

具体地，参见图3，超表面发射模块110和超表面接收模块210的表面均由介质基底10、超表面薄膜20及曲面盖板30构成。其中，曲面盖板30覆盖超表面薄膜20的一侧，超表面薄膜20的另一侧附着于介质基底10上。

在本实施例中，介质基底10和曲面盖板30均为可弯曲材质。根据微波信号发射或接收的角度需求，可将介质基底10及曲面盖板30弯曲成预设的弧度，并且介质基底10及曲面盖板30的弯曲弧度一致。

进一步地，微波天线由超表面薄膜20构成。超表面薄膜20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。

具体地，介质基底10为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料。

在本实施例中，介质基板10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，以这种介质基板10制得的超表面发射模块110和超表面接收模块210在整体上能获得极低的介电常数。

具体地，曲面盖板30为绝缘材料。

在本实施例中，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，本实施例中的曲面盖板30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，微波信号(电磁波)可以穿透由绝缘材料组成的曲面盖板30。

具体地，超表面薄膜20可通过蒸发镀膜的方式蒸镀在介质基板10上或者通过磁控溅射的方法溅镀在曲面盖板30上。

其中，如图4所示，通过蒸发镀膜的方式蒸镀在介质基板10上的具体步骤包括：

步骤S100：采用超声波清洗所述介质基底10。

本步骤中，利用超声波将介质基底10上的灰尘、油污清洗干净，并设置介质基底10的厚度为0.1mm至0.3mm。

步骤S200：在介质基底10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。

本步骤中利用夹具将介质基底10固定在镀膜设备上。采用掩膜板与介质基底10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：通过蒸发镀膜在介质基底10的表面蒸镀上具有微波天线图案的超表面薄膜20。

本步骤中，先将介质基底10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，介质基底10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S300：在超表面薄膜20上覆盖曲面盖板30，使超表面薄膜20位于曲面盖板30和介质基底10之间。

其中，如图5所示，通过磁控溅射的方法溅镀在曲面盖板30上的具体步骤包括：

步骤S100'：采用超声波清洗曲面盖板30的凹侧。

本步骤中，利用超声波将曲面盖板30的凹侧的灰尘、油污清洗干净，以便超表面薄膜20的溅镀。

步骤S200'：通过磁控溅射在曲面盖板30的凹侧溅镀一层超表面薄膜20。

具体地，在曲面盖板30内侧(曲面盖板30的凹侧)溅镀一层4微米至50微米的超表面薄膜20。

步骤S300'：在超表面薄膜20上设置形成有与微波天线的形状相匹配的图案。

具体地，在超表面薄膜20上涂胶一层光刻胶，经过曝光、显影、蚀刻及剥膜等工艺得到一层超表面图案。超表面图案根据微波天线的形状设计，可以为圆形、方形、三角形、五角形等不同形状。

步骤S400'：在超表面薄膜20上覆盖一层介质基底10，使超表面薄膜20位于曲面盖板30和介质基板10之间。

图6为一实施例的微波充电装置，包括上述的微波收发系统，其中：

微波发射装置100还包括：

电流转换模块130，用于获取直流电流信号。

微波信号发生模块120，用于将直流电流信号转换成微波信号，并将所述微波信号发送至超表面发射模块110。

微波接收装置200还包括：

微波信号转换模块220，用于接收来自超表面接收模块210的微波信号，并将微波信号转换为直流信号。

直流转换模块230，用于将直流信号转换为直流电能。

具体地，电流转换模块130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130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130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7所示，微波信号发生模块120包括：

振荡电路121，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122，用于增强微波信号的功率，并将增强后的微波信号发送至超表面发射模块110。

在本实施例中，振荡电路121(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122对微波信号进行功率放大，用于补偿微波信号在传播中损耗。

具体地，如图8所示，微波信号转换模块220包括：

滤波单元221，用于接收来自超表面接收模块210微波信号，并过滤干扰信号以输出具有预设频率的微波信号。

其中，滤波单元221连接超表面接收模块210中的超表面薄膜20(图未显示)，用于接收来自超表面薄膜20(微波天线)的微波信号。具体地，滤波单元221可以为微波滤波器。微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过，因此预设频率即为电子设备充电所需的微波频率。

匹配单元222，用于提高滤波单元221处理后输出的微波信号的信噪比。

其中，匹配单元222为阻抗匹配电路。阻抗匹配电路主要用于实现微波信号的无反射传输或最大功率传输，并进一步过滤干扰信号，从而提高微波信号的信噪比。其次，阻抗匹配电路还可调节超表面薄膜20(微波天线)与滤波单元221之间的匹配程度，从而提高微波信号的接收效率。

整流单元223，用于将匹配单元222处理后输出的微波信号转换为直流信号。

进一步地，如图9所示，微波充电装置还包括电池240。其中，微波接收装置200还包括用于容置电池240的电池容置部40，直流转换模块230用于连接电池240，为电池240提供直流电能。

上述微波收发系统，通过设置在曲面上的微波天线，可实现超表面发射模块110的微波信号从多个角度发射，以及超表面接收模块210从不同角度接收超表面发射模块110所发射的微波信号。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微波收发系统，包括微波发射装置和微波接收装置，其特征在于，

所述微波发射装置包括超表面发射模块，所述超表面发射模块的表面为单个曲面和/或包括两个以上相交的曲面，且所述表面均匀设有微波天线，用于将微波信号从多个角度发射；

所述微波接收装置包括超表面接收模块，所述超表面接收模块的表面为曲面结构且均匀设置有微波天线，用于接收不同角度的所述微波信号。

2.根据权利要求1所述的微波收发系统，其特征在于，所述超表面发射模块的表面包括环形曲面和圆形曲面，且所述环形曲面和所述圆形曲面相交。

3.根据权利要求1所述的微波收发系统，其特征在于，所述超表面发射模块和所述超表面接收模块的表面均由介质基底、超表面薄膜及曲面盖板构成，所述曲面盖板覆盖所述超表面薄膜的一侧，所述超表面薄膜的另一侧附着于介质基底上。

4.根据权利要求3所述的微波收发系统，其特征在于，所述微波天线由超表面薄膜构成。

5.根据权利要求3所述的微波收发系统，其特征在于，所述介质基底为环氧树脂玻璃或聚乙烯材料。

6.根据权利要求3所述的微波收发系统，其特征在于，所述曲面盖板为绝缘材料。

7.一种微波充电装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的微波收发系统；

所述微波发射装置还包括：

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，并将所述微波信号发送至所述超表面发射模块；

所述微波接收装置还包括：

微波信号转换模块，用于接收来自所述超表面接收模块的微波信号，并将所述微波信号转换为直流信号；

直流转换模块，用于将所述直流信号转换为直流电能。

8.根据权利要求7所述的微波充电装置，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发射模块。

9.根据权利要求7所述的微波充电装置，其特征在于，所述微波信号转换模块包括：

滤波单元，用于接收来自所述超表面接收模块的微波信号，并过滤干扰信号以输出具有预设频率的微波信号；

匹配单元，用于提高所述滤波单元处理后输出的微波信号的信噪比；

整流单元，用于将所述匹配单元处理后输出的微波信号转换为直流信号。

10.根据权利要求7所述的微波充电装置，还包括电池，其特征在于，所述微波接收装置还包括用于容置电池的电池容置部，所述直流转换模块用于连接所述电池，为所述电池提供直流电能。