CN211404736U - 微波能量采集装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微波能量采集装置及电子设备，所述微波能量采集装置包括第一金属贴片、第二金属贴片和介质基板，第一金属贴片贴合于介质基板的第一面，第二金属贴片贴合于介质基板的背对第一面的第二面；第一金属贴片包括阵列排布的至少一个第一贴片单元，第二金属贴片包括与第一贴片单元数量一致的第二贴片单元；第一贴片单元包括首尾相接的第一边框、第二边框、第三边框和第四边框，以围合形成通孔，第一边框设有向第三边框延伸的第一延伸件，第三边框设有向第一边框延伸的第二延伸件，第一延伸件与第二延伸件之间形成有间隙，第一贴片单元关于间隙的中心呈中心对称。本实施例提供的方案解决了现有微波能量采集装置能量利用效率较低的问题。

Description

微波能量采集装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种微波能量采集装置及电子设备。

背景技术

电磁波能量传输和采集是无线电能传输的远场技术，是无线充电的一个新趋势。微波无线能量传输是以微波为载体，通过发射天线和接收设备进行微波能量的发射和接收，在没有物理接触情况下实现能量的无线传送。现有的微波能量采集技术大多使用传统天线，能量利用效率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种微波能量采集装置及电子设备，以解决现有的微波能量采集装置能量利用效率较低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种微波能量采集装置，包括第一金属贴片、第二金属贴片和介质基板，所述第一金属贴片贴合于所述介质基板的第一面，所述第二金属贴片贴合于所述介质基板的背对所述第一面的第二面；所述第一金属贴片包括阵列排布的至少一个第一贴片单元，所述第二金属贴片包括与所述第一贴片单元数量一致的第二贴片单元，一个所述第一贴片单元相对于所述第二金属贴片的正投影位于一个所述第二贴片单元内或与一个所述第二贴片单元重合或覆盖一个所述第二贴片单元；

其中，所述第一贴片单元包括第一边框、第二边框、第三边框和第四边框，所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框首尾相接以围合形成通孔，所述第一边框的中部设有向所述第三边框延伸的第一延伸件，所述第三边框的中部设有向所述第一边框延伸的第二延伸件，所述第一延伸件与所述第二延伸件之间形成有间隙，所述第一贴片单元关于所述间隙的中心呈中心对称。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括第一方面中所述的微波能量采集装置。

本实用新型实施例提供的技术方案中，一个第一贴片单元、一个第二贴片单元及位于二者之间的介质基板构成了一个微波能量采集单元，每一个微波能量采集单元都能够在特定频率的电磁场下强烈谐振，采集周围空间电磁能量。这样，第一金属贴片、介质基板和第二金属贴片也就包括多个微波能量采集单元，进而构成所述微波能量采集装置，微波能量采集装置通过叠加多个微波能量采集单元也就能够提高对空间中电磁能量的利用，相比于传统天线具有更高的能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种微波能量采集装置中第一金属贴片的局部结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种微波能量采集装置中第二金属贴片的局部结构图；

图3是图1提供的微波能量采集装置中介质基板与第一贴片单元的结构图；

图4是图3的透视图；

图5是图1提供的微波能量采集装置中第一贴片单元的结构图；

图6是图2提供的微波能量采集装置中第二贴片单元的结构图；

图7是图1提供的微波能量采集装置通过HFSS仿真s参数计算得出的结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种微波能量采集装置，请参照图1至图6，所述微波能量采集装置包括第一金属贴片100、第二金属贴片200和介质基板30，所述第一金属贴片100贴合于所述介质基板30的第一面，所述第二金属贴片200贴合于所述介质基板30的背对所述第一面的第二面；所述第一金属贴片100包括阵列排布的至少一个第一贴片单元10，所述第二金属贴片200包括与所述第一贴片单元10数量一致的第二贴片单元20，一个所述第一贴片单元10相对于所述第二金属贴片200的正投影位于一个所述第二贴片单元20内或与一个所述第二贴片单元20重合或覆盖一个所述第二贴片单元20；其中，所述第一贴片单元10包括第一边框11、第二边框12、第三边框13和第四边框14，所述第一边框11、第二边框12、第三边框13和第四边框14首尾相接以围合形成通孔101，所述第一边框11的中部设有向所述第三边框13延伸的第一延伸件111，所述第三边框13的中部设有向所述第一边框11延伸的第二延伸件131，所述第一延伸件111与所述第二延伸件131之间形成有间隙102，所述第一贴片单元10关于所述间隙102的中心呈中心对称。

本实施例中，第一贴片单元10为四方环形结构，该四方环形结构的第一边框11的内侧和第三边框13的内侧设置有向内延伸的第一延伸件111和第二延伸件131，第一延伸件111和第二延伸件131之间形成有间隙102。第一贴片单元10为金属贴片，第一延伸件111和第二延伸件131同样也是金属材质，第一延伸件111和第二延伸件131相互靠近且不接触，进而也就构成了一个电容器。

另外，第一贴片单元10为中心对称结构，其对称中心为所述间隙102的中心，进而第一贴片单元10中的通孔101也就是关于间隙102的中心对称的。如图2所示，第一延伸件111和第二延伸件131将通孔101分隔成第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔也是关于间隙102的中心呈中心对称。这样，第一贴片单元10也就相当于是两个电感环路并联，形成ELC谐振器，该ELC谐振器的等效电路的谐振频率

其中，L为电感，C为电容。

本实施例中，第一金属贴片100包括阵列排布的至少一个第一贴片单元10，第二金属贴片200也包括阵列排布的至少一个第二贴片单元20，且第一贴片单元10的数量与第二贴片单元20的数量一致。一个第一贴片单元10相对于第二金属贴片200的正投影位于一个第二贴片单元20内或与一个第二贴片单元20重合或覆盖一个第二贴片单元20，如图4所示，第一贴片单元10与第二贴片单元20是一一对应设置的，进而一个第一贴片单元10、一个第二贴片单元20及位于二者之间的介质基板30构成了一个微波能量采集单元，或者说超材料单元，每一个微波能量采集单元都能够在特定频率的电磁场下强烈谐振，采集周围空间电磁能量。这样，第一金属贴片100、介质基板30和第二金属贴片200也就包括多个微波能量采集单元，进而构成所述微波能量采集装置，微波能量采集装置通过叠加多个微波能量采集单元也就能够提高对空间中电磁能量的利用，相比于传统天线具有更高的能量利用效率。

请具体参照图5，所述第一延伸件111与所述第二延伸件131的宽度w1相同，所述第一延伸件111的宽度w1为0.05mm～5mm，所述间隙102的宽度g为0.2mm～2mm。可以理解地，第一延伸件111和第二延伸件131以及二者之间的间隙102构成了电容器，第一延伸件111和第二延伸件131的宽度w1以及间隙102的宽度g也就会影响电容器的电容大小。在本实施例一种可选的实施方式中，第一延伸件111和第二延伸件131的宽度w1为0.5mm，间隙102的宽度g为0.4mm。

可选地，第一贴片单元10为正方形结构，进而第一边框11、第二边框12、第三边框13及第四边框14的长度L也就相等；另外，由于第一贴片单元10为中心对称结构，进而第一边框11、第二边框12、第三边框13及第四边框14的宽度w2也相等。可以理解地，第一贴片单元10形成了一个ELC谐振器，第一边框11的长度L和宽度w2会影响该ELC谐振器中的电感，进而也就会对该ELC谐振器的谐振频率造成影响，第一边框11的长度L和宽度w2也就会影响第一贴片单元10的能量转换效率。

本实施例中，第一边框11的长度L可以是3mm～10mm，第一边框11的宽度w2为0.3mm～1.5mm。在本实施例一种优选的实施方式中，第一边框11的长度L为5.05mm，第一边框11的宽度w2为0.8mm。

本实施例中，所述微波能量采集装置还包括贯穿第一贴片单元10、介质基板30以及对应设置的第二贴片单元20的过孔40，且所述过孔40中填充有导电体。需要说明地，第一贴片单元10的数量和第二贴片单元20的数量均为至少一个，过孔40贯穿第一贴片单元10和与该第一贴片单元10对应设置的第二贴片单元20，则过孔40的数量也为至少一个，过孔40的数量与第一贴片单元10及第二贴片单元20的数量相同。过孔40中填充有导电体，进而能够将第一贴片单元10与第二贴片单元20电性连接。

可选地，所述过孔40的半径r为0.1mm～0.5mm，过孔40的高度为0.1mm～5mm，过孔40的高度也可以认为是介质基板30的厚度。

请参照图6，第二贴片单元20包括第一本体部21和第二本体部22，所述第二本体部22的一侧开设有开口23，所述第一本体部21位于所述开口23中，且所述过孔40贯穿所述第一本体部21。如图2所示，第二本体部22为方框形，该方框形的一侧形成开口23，第一本体部21可以是作为过孔40的焊接点。所示微波能量采集装置还可以包括整流电路，所述整流电路可以是位于第二贴片单元20一侧，通过过孔40中的导电体与第一贴片单元10连接。

本实施例中，所述第一贴片单元10和所述第二贴片单元20均为正方形结构，所述第一贴片单元10的边长小于所述第二贴片单元20的边长。也就是说，第一贴片单元10相对于所述第二金属贴片200的正投影位于第二贴片单元20内。

可选地，第一贴片单元10的边长为3mm～10mm，所述第二贴片单元20的边长为4mm～15mm。在本实施例一种优选的实施方式中，第一贴片单元10的边长为5.05mm，第二贴片单元20的边长为7.05mm。

本实施例中，所述介质基板30为介电材料的基板，所述介质基板30的介电常数取值范围为1～18。优选地，所述介质基板30的介电常数取值范围为9.8。

请参照图7，图7是本实施例提供的一种微波能量采集装置通过HFSS(HighFrequency Structure Simulator，高频结构仿真)s参数计算得出的各项系数。其中，所述微波能量采集装置中介质基板30的介电常数为9.8，第一贴片单元10的边长为5.05mm，第二贴片单元20的边长为7.05mm，第一贴片单元10中间隙102宽度为0.4mm，第一延伸件111和第二延伸件131的宽度为0.5mm，第一边框11的宽度为0.8mm，过孔40的半径为0.25mm，过孔40的高度为1mm，第一金属贴片100阵列排布有169个第一贴片单元10，第二金属贴片200也对应地阵列排布有169个第二贴片单元20。在该HFSS实验中，用到了41欧姆的负载用于模拟整流电路的输入阻抗，此处的吸收率为微波到交流电的能量转换率。

从图7中可以看出，仿真结果显示在5.8GHz处，通过合理优化设计第一贴片单元10的结构形状、尺寸及各参数取值范围，使其在特定频率的阻抗与自由空间的阻抗相匹配，透射率和反射率接近于零。这样，电磁能量几乎被完全限制在该微波能量采集装置内部，微波能量采集装置的吸收率为95％，使得入射的微波能够被有效的采集，提高了对微波能量的利用率。

本实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述微波能量采集装置实施例中的全部技术特征，并能达到相同的技术效果，为避免重复，此处不再赘述。

可选地，电子设备是微型传感器、可穿戴设备、可植入设备、手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3播放器、MP4播放器、数码相机、机顶盒等。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微波能量采集装置，其特征在于，包括第一金属贴片、第二金属贴片和介质基板，所述第一金属贴片贴合于所述介质基板的第一面，所述第二金属贴片贴合于所述介质基板的背对所述第一面的第二面；所述第一金属贴片包括阵列排布的至少一个第一贴片单元，所述第二金属贴片包括与所述第一贴片单元数量一致的第二贴片单元，一个所述第一贴片单元相对于所述第二金属贴片的正投影位于一个所述第二贴片单元内或与一个所述第二贴片单元重合或覆盖一个所述第二贴片单元；

其中，所述第一贴片单元包括第一边框、第二边框、第三边框和第四边框，所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框首尾相接以围合形成通孔，所述第一边框的中部设有向所述第三边框延伸的第一延伸件，所述第三边框的中部设有向所述第一边框延伸的第二延伸件，所述第一延伸件与所述第二延伸件之间形成有间隙，所述第一贴片单元关于所述间隙的中心呈中心对称。

2.根据权利要求1所述的微波能量采集装置，其特征在于，还包括贯穿所述第一贴片单元、所述介质基板以及对应设置的所述第二贴片单元的过孔，所述过孔中填充有导电体。

3.根据权利要求2所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述第二贴片单元包括第一本体部和第二本体部，所述第二本体部的一侧开设有开口，所述第一本体部位于所述开口中，且所述过孔贯穿所述第一本体部。

4.根据权利要求2所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述过孔的半径为0.1mm～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述第一延伸件与所述第二延伸件的宽度相同，所述第一延伸件的宽度为0.05mm～5mm，所述间隙的宽度为0.2mm～2mm。

6.根据权利要求1所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述第一边框的宽度为0.3mm～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述第一贴片单元和所述第二贴片单元均为正方形结构，所述第一贴片单元的边长小于所述第二贴片单元的边长。

8.根据权利要求7所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述第一贴片单元的边长为3mm～10mm，所述第二贴片单元的边长为4mm～15mm。

9.根据权利要求1所述的微波能量采集装置，其特征在于，所述介质基板的材质为介电材料，所述介质基板的介电常数取值范围为1～18。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的微波能量采集装置。

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