RU2777219C2 - Converter for conversion of electromagnetic wave into direct electric current - Google Patents
Converter for conversion of electromagnetic wave into direct electric current Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777219C2 RU2777219C2 RU2020121266A RU2020121266A RU2777219C2 RU 2777219 C2 RU2777219 C2 RU 2777219C2 RU 2020121266 A RU2020121266 A RU 2020121266A RU 2020121266 A RU2020121266 A RU 2020121266A RU 2777219 C2 RU2777219 C2 RU 2777219C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- dielectric layer
- contact
- electrode
- dipole
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 20
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 9
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 claims description 7
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 claims description 7
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N Hafnium(IV) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 6
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 6
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004140 HfO Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к конвертеру для преобразования электромагнитной волны в постоянный электрический ток. The present invention relates to a converter for converting an electromagnetic wave into direct current.
Более конкретно, изобретение относится к конструкции указанного конвертера, способного преобразовывать естественные и искусственные электромагнитные волны в постоянный электрический ток, в результате чего можно питать любую нагрузку, которая может быть связана с указанным конвертером.More specifically, the invention relates to the construction of said converter capable of converting natural and artificial electromagnetic waves into direct electric current, whereby it is possible to power any load that can be connected to said converter.
Термин «электромагнитные волны» относится к электромагнитным волнам с частотами между 250 МГц и 750 ТГц, то есть к электромагнитным волнам с длиной волны между 1 мм и 400 нм (таким образом, этот спектр включает СВЧ, инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые волны).The term "electromagnetic waves" refers to electromagnetic waves with frequencies between 250 MHz and 750 THz, that is, electromagnetic waves with a wavelength between 1 mm and 400 nm (thus, this spectrum includes microwave, infrared, visible and ultraviolet waves).
Другими словами, речь идет об электромагнитных волнах с частотами, относящимися к инфракрасному спектру, электромагнитным волнам с частотами, относящимися к видимому спектру, и электромагнитным волнам с частотами, относящимися к ультрафиолетовому спектру и близкими к частотам, относящимся к видимому спектру.In other words, we are talking about electromagnetic waves with frequencies related to the infrared spectrum, electromagnetic waves with frequencies related to the visible spectrum, and electromagnetic waves with frequencies related to the ultraviolet spectrum and close to the frequencies related to the visible spectrum.
К естественным электромагнитным волнам относятся электромагнитные волны земного и космического происхождения (включая также электромагнитные волны, идущие от солнца).Natural electromagnetic waves include electromagnetic waves of terrestrial and cosmic origin (including also electromagnetic waves coming from the sun).
Например, свет, идущий от солнца, является смесью электромагнитных волн, у которых, с точки зрения оптического спектра, имеются длины волн, относящиеся к инфракрасному спектру, видимому спектру и к ультрафиолетовому спектру.For example, light coming from the sun is a mixture of electromagnetic waves, which, in terms of the optical spectrum, have wavelengths related to the infrared spectrum, the visible spectrum, and the ultraviolet spectrum.
Космические электромагнитные волны прибывают из пространства (в частности, от Солнца) и состоят, помимо частиц, из рентгеновских лучей и гамма-лучей, а также электромагнитных волн с частотами от сотен МГц до сотен ТГц.Cosmic electromagnetic waves come from space (in particular, from the Sun) and consist, in addition to particles, of X-rays and gamma rays, as well as electromagnetic waves with frequencies from hundreds of MHz to hundreds of THz.
К искусственным электромагнитным волнам относятся электромагнитные волны, созданные искусственно в виде сигналов на соответствующих несущих, которые предназначены для приема радиотелевизионными устройствами, электронными мобильными устройствами или любым электрическим или электронным оборудованием в жилых помещениях, на промышленных предприятиях и для индивидуального использования.Man-made electromagnetic waves include electromagnetic waves artificially generated as signals on appropriate carriers that are intended to be received by radio-television devices, electronic mobile devices, or any electrical or electronic equipment in residential, industrial, and personal use.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время не известны конвертеры для преобразования электромагнитных волн в постоянный электрический ток.Currently, converters for converting electromagnetic waves into direct electric current are not known.
В то же время известен электромагнитный коллектор, раскрытый в документе "Kotter et al. "Solar antenna electromagnetic collectors", Proceedings of ES2008, Energy Sustainability 2008, 14 August 2008".At the same time, the electromagnetic collector disclosed in "Kotter et al. "Solar antenna electromagnetic collectors", Proceedings of ES2008, Energy Sustainability 2008, 14 August 2008" is known.
Указанный электромагнитный коллектор способен детектировать излучение с длинами волн электромагнитного спектра и преобразовывать солнечную энергию в электроэнергию.Said electromagnetic collector is capable of detecting radiation with wavelengths of the electromagnetic spectrum and converting solar energy into electricity.
В частности, указанный конвертер состоит из наноантенн, способных резонировать на заранее заданных длинах волн, и туннельных диодов для выпрямления переменного электрического тока.In particular, said converter consists of nanoantennas capable of resonating at predetermined wavelengths and tunnel diodes for rectifying alternating electric current.
Однако указанный электромагнитный коллектор имеет недостатки.However, said electromagnetic collector has disadvantages.
Один из недостатков заключается в том, что электромагнитный коллектор не в состоянии обеспечить постоянный электрический ток, стабильный во времени.One of the disadvantages is that the electromagnetic collector is not able to provide a constant electric current that is stable over time.
Дополнительный недостаток состоит в том, что конструкция коллектора сложна, что выливается в значительные производственные затраты.An additional disadvantage is that the design of the collector is complex, resulting in significant manufacturing costs.
Цель изобретенияPurpose of the invention
Цель настоящего изобретения состоит в преодолении указанных недостатков и создании конвертера для преобразования электромагнитных волн в постоянный электрический ток, имеющего простую конструкцию и низкую стоимость.The purpose of the present invention is to overcome these disadvantages and to provide a converter for converting electromagnetic waves into direct electric current, having a simple structure and low cost.
Предпочтительно, чтобы указанный конвертер мог питать любую нагрузку, соединенную с ним, постоянным электрическим током, производимым указанным конвертером.Preferably, said converter can supply any load connected to it with direct current produced by said converter.
Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы указанный конвертер мог осуществлять выпрямление переменного электрического тока в постоянный электрический ток с высокой скоростью.A further object of the present invention is that said converter can rectify alternating current into direct current at high speed.
Предмет изобретенияSubject of invention
Поэтому предметом изобретения является конвертер для преобразования электромагнитных волн длиной от 1 мм до 400 нм в постоянный электрический ток, при этом указанный конвертер содержит:Therefore, the subject of the invention is a converter for converting electromagnetic waves with a length of 1 mm to 400 nm into direct electric current, while said converter contains:
- по меньшей мере одну антенну, сконфигурированную для приема электромагнитной волны и резонирования на частоте указанной электромагнитной волны с выработкой переменного электрического тока, имеющего частоту, равную частоте указанной электромагнитной волны,- at least one antenna configured to receive an electromagnetic wave and resonate at the frequency of said electromagnetic wave to generate an alternating electric current having a frequency equal to the frequency of said electromagnetic wave,
- по меньшей мере один выпрямитель для преобразования указанного переменного электрического тока в постоянный электрический ток, при этом указанный по меньшей мере один выпрямитель последовательно соединен с указанной антенной.at least one rectifier for converting said alternating electric current into direct electric current, said at least one rectifier being connected in series with said antenna.
При этом указанная антенна содержит:In this case, the specified antenna contains:
диэлектрический слой, толщина которого равна одной четверти длины указанной электромагнитной волны, иa dielectric layer, the thickness of which is equal to one quarter of the length of said electromagnetic wave, and
проводящий слой из металлического материала.conductive metal layer.
При этом указанный выпрямитель содержит квантовый диод, содержащий:In this case, the specified rectifier contains a quantum diode containing:
первый диэлектрический слой, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, расположенную напротив указанной первой поверхности, при этом толщина первого диэлектрического слоя равна четверти длины волны указанной электромагнитной волны,the first dielectric layer containing the first surface and the second surface located opposite the specified first surface, while the thickness of the first dielectric layer is equal to a quarter of the wavelength of the specified electromagnetic wave,
первый электрод или катод, выполненный из первого металлического материала, отличающегося от металлического материала проводящего слоя указанной антенны, при этом указанный первый электрод частично находится в контакте с первой поверхностью указанного первого диэлектрического слоя и частично в контакте с указанной антенной; в поперечном сечении указанный первый электрод имеет первую высоту и имеет первую сторону с первым концом, находящемся в контакте с первой поверхностью первого диэлектрического слоя, и вторым концом, противоположным первому концу, вторую сторону с первым концом, находящимся в контакте с первой поверхностью первого диэлектрического слоя, и вторым концом, противоположным первому концу, а также третью сторону, соединяющую второй конец указанной первой стороны со вторым концом указанной второй стороны, при этом указанная третья сторона имеет первый конец, находящийся в контакте со вторым концом указанной первой стороны, так что указанная первая сторона и указанная третья сторона имеют точку контакта,a first electrode or cathode made of a first metal material different from the metal material of the conductive layer of said antenna, said first electrode being partly in contact with a first surface of said first dielectric layer and partly in contact with said antenna; in cross section, said first electrode has a first height and has a first side with a first end in contact with the first surface of the first dielectric layer and a second end opposite the first end, a second side with the first end in contact with the first surface of the first dielectric layer , and a second end opposite the first end, as well as a third side connecting the second end of the specified first side with the second end of the specified second side, while the specified third side has a first end in contact with the second end of the specified first side, so that the specified first party and said third party have a point of contact,
второй диэлектрический слой, содержащий первую часть, при этом эта первая часть содержит первую секцию, находящуюся в контакте с частью указанной третьей стороны первого электрода, вторую секцию, находящуюся в контакте с указанной первой стороной указанного первого электрода, и третью секцию, находящуюся в контакте с частью первой поверхности указанного первого диэлектрического слоя, иthe second dielectric layer containing the first part, this first part contains the first section in contact with a part of the specified third side of the first electrode, the second section in contact with the specified first side of the specified first electrode, and the third section in contact with part of the first surface of the specified first dielectric layer, and
второй электрод или анод, выполненный из второго металлического материала, идентичного металлическому материалу указанной антенны, и находящийся частично в контакте с первой частью указанного второго диэлектрического слоя, так что указанный второй электрод отделен от указанного первого электрода указанной первой частью второго диэлектрического слоя; при этом в поперечном сечении указанный второй электрод имеет вторую высоту, большую, чем первая высота указанного первого электрода.a second electrode or anode made of a second metallic material identical to that of said antenna and partially in contact with a first portion of said second dielectric layer such that said second electrode is separated from said first electrode by said first portion of the second dielectric layer; wherein in cross section said second electrode has a second height greater than the first height of said first electrode.
В частности, указанная первая сторона и указанная третья сторона расположены так, что формируют угол, больший чем 0° и меньший или равный 90°, так что, когда указанная антенна резонирует на частоте электромагнитной волны, соответствующее количество электронов перемещается с указанного первого электрода на указанный второй электрод, проходя посредством туннельного эффекта через указанный второй диэлектрический слой в указанной точке контакта.In particular, said first side and said third side are positioned to form an angle greater than 0° and less than or equal to 90° such that when said antenna resonates at an electromagnetic wave frequency, a corresponding number of electrons are transferred from said first electrode to said the second electrode by tunneling through said second dielectric layer at said contact point.
Предпочтительно, указанный угол лежит между 5° и 30°.Preferably, said angle lies between 5° and 30°.
Второй электрический слой может иметь толщину в пределах от 1,5 нм до 4 нм, предпочтительно 2 нм.The second electrical layer may have a thickness ranging from 1.5 nm to 4 nm, preferably 2 nm.
Кроме того, указанный второй диэлектрический слой может содержать вторую часть, пространственно отделенную от указанной первой части и содержащую первую секцию, находящуюся в контакте с другой частью указанной третьей стороны первого электрода, вторую секцию, находящуюся в контакте с указанной второй стороной указанного первого электрода, и третью секцию, находящуюся в контакте с другой частью первой поверхности указанного первого диэлектрического слоя.In addition, said second dielectric layer may comprise a second part spatially separated from said first part and comprising a first section in contact with another part of said third side of the first electrode, a second section in contact with said second side of said first electrode, and a third section in contact with another part of the first surface of said first dielectric layer.
В частности, расстояние между указанной второй частью и указанной первой частью лежит между 70 нм и 100 нм.In particular, the distance between said second part and said first part lies between 70 nm and 100 nm.
Квантовый диод может содержать поддерживающий слой, находящийся в контакте со второй поверхностью указанного первого диэлектрического слоя.The quantum diode may include a support layer in contact with the second surface of said first dielectric layer.
В первом альтернативном варианте указанный поддерживающий слой квантового диода выполнен из материала, выбранного из следующей группы: поликарбонат, полиэтилен, полиэфирная ткань, циклоолефиновые сополимеры, предпочтительно Topas.In a first alternative, said support layer of the quantum diode is made from a material selected from the following group: polycarbonate, polyethylene, polyester fabric, cycloolefin copolymers, preferably Topas.
Во втором альтернативном варианте указанный поддерживающий слой квантового диода выполнен из материала, выбранного из следующей группы: стекло, плексиглас.In the second alternative, said supporting layer of the quantum diode is made of a material selected from the following group: glass, plexiglass.
В частности, в квантовом диоде указанный первый диэлектрический слой может быть выполнен из диоксида кремния, указанный первый электрод может быть выполнен из хрома, указанный второй диэлектрический слой может быть выполнен из оксида алюминия или диоксида гафния, а указанный второй электрод может быть изготовлен из золота.In particular, in a quantum diode, said first dielectric layer may be made of silicon dioxide, said first electrode may be made of chromium, said second dielectric layer may be made of alumina or hafnium dioxide, and said second electrode may be made of gold.
В предложенной антенне диэлектрический слой имеет первую поверхность и вторую поверхность, противоположную указанной первой поверхности. В первом альтернативном варианте антенна может содержать:In the proposed antenna, the dielectric layer has a first surface and a second surface opposite to said first surface. In a first alternative, the antenna may comprise:
упрочняющий слой, находящийся в контакте с первой поверхностью указанного диэлектрического слоя, при этом упрочняющий слой предпочтительно выполнен из хрома; иa reinforcing layer in contact with the first surface of said dielectric layer, the reinforcing layer being preferably made of chromium; and
поддерживающий слой, находящийся в контакте со второй поверхностью указанного диэлектрического слоя,a support layer in contact with the second surface of said dielectric layer,
при этом указанный проводящий слой находится в контакте с указанным упрочняющим слоем, и указанный проводящий слой предпочтительно выполнен из золота.wherein said conductive layer is in contact with said reinforcing layer, and said conductive layer is preferably made of gold.
Во втором альтернативном варианте указанный проводящий слой находится в контакте с первой поверхностью указанного диэлектрического слоя, при этом указанный проводящий слой предпочтительно выполнен из алюминия или меди.In a second alternative, said conductive layer is in contact with a first surface of said dielectric layer, said conductive layer being preferably aluminum or copper.
Указанный поддерживающий слой антенны может быть выполнен из материала, выбранного из следующей группы: поликарбонат, полиэтилен, полиэфирная ткань, циклоолефиновые сополимеры, предпочтительно Topas.Said antenna support layer may be made from a material selected from the following group: polycarbonate, polyethylene, polyester fabric, cycloolefin copolymers, preferably Topas.
Указанный диэлектрический слой антенны может быть выполнен из диоксида кремния.Said antenna dielectric layer may be made of silicon dioxide.
Согласно изобретению, указанная антенна может содержать первый диполь и второй диполь и предпочтительно представляет собой плоскую антенну.According to the invention, said antenna may comprise a first dipole and a second dipole, and is preferably a planar antenna.
Кроме того, согласно изобретению, толщина указанной антенны может лежать между 0,3 мкм и 0,5 мкм, и предпочтительно равна 0,3 мкм.Furthermore, according to the invention, the thickness of said antenna may lie between 0.3 µm and 0.5 µm, and is preferably 0.3 µm.
Список чертежейList of drawings
Ниже настоящее изобретение описано с целью иллюстрации, а не ограничения согласно вариантам его выполнения и со ссылками на сопровождающие чертежи, где:The present invention is described below by way of illustration and not limitation, according to embodiments and with reference to the accompanying drawings, where:
на фиг. 1 схематично изображен первый вариант конвертера согласно изобретению, содержащего группу антенн и выпрямитель, последовательно соединенный с указанной группой антенн, при этом антенны указанной группы антенн соединены друг с другом последовательно, и каждая антенна сконфигурирована так, что резонирует на электромагнитной волне, имеющей длину волны, принадлежащую инфракрасному спектру;in fig. 1 schematically shows a first embodiment of a converter according to the invention, comprising a group of antennas and a rectifier connected in series with said group of antennas, wherein the antennas of said group of antennas are connected to each other in series, and each antenna is configured to resonate on an electromagnetic wave having a wavelength, belonging to the infrared spectrum;
на фиг. 2А схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 1, при этом указанная антенна имеет форму квадратной спирали и содержит первый диполь и второй диполь, каждый из которых содержит множество частей;in fig. 2A schematically shows an antenna from the antenna group of the converter shown in FIG. 1, wherein said antenna is in the form of a square helix and includes a first dipole and a second dipole, each of which contains a plurality of parts;
на фиг. 2 В схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 1, при этом показаны значения длин каждой части двух диполей, являющихся частями антенны;in fig. 2B schematically shows an antenna from the group of antennas of the converter shown in FIG. 1, showing the lengths of each part of the two dipoles that are part of the antenna;
на фиг. 2С схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 1, при этом показаны значения расстояний между различными частями двух диполей указанной антенны;in fig. 2C schematically shows an antenna from the group of antennas of the converter shown in FIG. 1, showing the distances between different parts of the two dipoles of said antenna;
на фиг. 3 показано сечение, демонстрирующее слоистую структуру антенны из группы антенн конвертера, показанного на фиг. 1;in fig. 3 is a sectional view showing the layered structure of an antenna of the antenna group of the LNB shown in FIG. one;
на фиг. 4 показан альтернативный вариант структуры слоев антенны из группы антенн конвертера, показанного на фиг. 1;in fig. 4 shows an alternative layer structure of an antenna from the antenna group of the converter shown in FIG. one;
на фиг. 5 схематично показан выпрямитель конвертера;in fig. 5 schematically shows the converter rectifier;
на фиг. 6 схематично показан второй вариант конвертера согласно изобретению, содержащего группу антенн и один выпрямитель, последовательно соединенный с указанной группой антенн, при этом антенны из указанной группы антенн соединены друг с другом последовательно и каждая антенна сконфигурирована так, что резонирует на электромагнитной волне, имеющей длину волны, принадлежащую инфракрасному спектру и близкую к длинам волн видимого спектра;in fig. 6 schematically shows a second version of the converter according to the invention, comprising a group of antennas and one rectifier connected in series with said group of antennas, wherein the antennas from said group of antennas are connected to each other in series and each antenna is configured to resonate on an electromagnetic wave having a wavelength belonging to the infrared spectrum and close to the wavelengths of the visible spectrum;
на фиг. 7А схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 6, при этом указанная антенна имеет форму эллиптической спирали и содержит первый диполь и второй диполь, при этом показаны расстояние между первым концом первого диполя и первым концом второго диполя, размер второго конца первого диполя и второго конца второго диполя и расстояние между заранее заданной первой точкой первого диполя и заранее заданной второй точкой второго диполя;in fig. 7A schematically shows an antenna from the antenna group of the converter shown in FIG. 6, said antenna having the shape of an elliptical helix and comprising a first dipole and a second dipole, showing the distance between the first end of the first dipole and the first end of the second dipole, the size of the second end of the first dipole and the second end of the second dipole, and the distance between the predetermined first point a first dipole and a predetermined second point of the second dipole;
на фиг. 7 В схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 6, при этом показано, как меняется расстояние между первым диполем и вторым диполем антенны в первом направлении от первого конца первого диполя до второго конца первого диполя, и как меняется расстояние между вторым диполем и первым диполем той же самой антенны во втором направлении от первого конца второго диполя до второго конца второго диполя;in fig. 7B schematically shows an antenna from the group of antennas of the converter shown in FIG. 6, showing how the distance between the first dipole and the second dipole of the same antenna changes in the first direction from the first end of the first dipole to the second end of the first dipole, and how the distance between the second dipole and the first dipole of the same antenna changes in the second direction from the first end the second dipole to the second end of the second dipole;
на фиг. 7С схематично показана антенна из группы антенн конвертера, изображенного на фиг. 6, при этом показана ширина некоторых частей первого диполя и ширина некоторых частей второго диполя;in fig. 7C schematically shows an antenna from the group of antennas of the converter shown in FIG. 6 showing the width of some parts of the first dipole and the width of some parts of the second dipole;
на фиг. 8 схематично показана конвертерная система, содержащая два конвертера, последовательно соединенные друг с другом.in fig. 8 schematically shows a converter system comprising two converters connected in series with each other.
Подробное описаниеDetailed description
Повсюду в настоящем описании и в формуле изобретения термин «содержит» взаимозаменяем с термином «состоит из».Throughout the present specification and claims, the term "comprises" is used interchangeably with the term "consists of".
Со ссылкой на фиг. 1 описан первый вариант конвертера для преобразования электромагнитных волн в постоянный электрический ток.With reference to FIG. 1 describes the first version of the converter for converting electromagnetic waves into direct electric current.
Указанный конвертер содержит:The specified converter contains:
- по меньшей мере одну антенну 1, сконфигурированную для приема электромагнитной волны и резонирования на частоте указанной электромагнитной волны с выработкой переменного электрического тока, имеющего частоту, равную частоте указанной электромагнитной волны,- at least one
- по меньшей мере один выпрямитель 2 для преобразования указанного переменного электрического тока в постоянный электрический ток, при этом указанный по меньшей мере один выпрямитель 2 последовательно соединен с указанной антенной.at least one
В частности, в этом варианте выполнения изобретения указанный конвертер содержит множество антенн, последовательно соединенных друг с другом.In particular, in this embodiment of the invention, said converter comprises a plurality of antennas connected in series with each other.
Другими словами, указанный конвертер содержит группу антенн, которая может, в свою очередь, содержать одну или большее количество антенн.In other words, said converter contains a group of antennas, which may in turn contain one or more antennas.
Что касается антенн 1, каждая антенна 1 содержит:As for
диэлектрический слой 110 (показанный на фиг. 3), толщина которого равна одной четверти длины волны указанной электромагнитной волны,a dielectric layer 110 (shown in FIG. 3) having a thickness equal to one quarter of the wavelength of said electromagnetic wave,
проводящий слой 130, 130' из металлического материала (показан на фиг. 3 и фиг. 4).a
В этом варианте выполнения настоящего изобретения указанная группа антенн содержит шестнадцать антенн, расположенных в виде матрицы 4×4, и выпрямитель 2, последовательно соединенный с антенной, который занимает в указанной матрице положение, определенное четвертой строкой и четвертым столбцом.In this embodiment of the present invention, said group of antennas comprises sixteen antennas arranged in a 4×4 matrix and a
В частности, каждая антенна содержит первый диполь 1А и второй диполь 1B.In particular, each antenna contains a
Кроме того, расстояние между антеннами, расположенными в строке указанной матрицы, и антеннами, расположенными в следующей строке указанной матрицы, равно 0,2 мкм.In addition, the distance between the antennas located in the row of the specified matrix and the antennas located in the next row of the specified matrix is 0.2 μm.
Однако нет необходимости ни в том, чтобы указанная группа антенн содержала шестнадцать антенн, ни в том, чтобы указанные антенны были расположены в виде матрицы.However, it is not necessary for said group of antennas to contain sixteen antennas, nor for said antennas to be arranged in a matrix.
Например, в рамках изобретения, указанная группа антенн может содержать множество антенн в любом количестве и расположенных вдоль оси так, чтобы они формировали строку.For example, within the scope of the invention, said group of antennas may comprise a plurality of antennas in any number and arranged along an axis so that they form a string.
Каждая из указанных антенн сконфигурирована для резонирования на электромагнитных волнах, принадлежащих инфракрасному спектру и имеющих длину волны, равную 155,08 мкм (частота равна приблизительно 1,93 ТГц), и вырабатывает переменный электрический ток, имеющий частоту, равную частоте указанных электромагнитных волн.Each of said antennas is configured to resonate with infrared electromagnetic waves having a wavelength of 155.08 µm (frequency approximately 1.93 THz) and generate an alternating electric current having a frequency equal to the frequency of said electromagnetic waves.
Такие антенны позволяют принимать электромагнитные волны днем и ночью, потому что инфракрасное излучение присутствует и днем, и ночью.Such antennas allow you to receive electromagnetic waves day and night, because infrared radiation is present both day and night.
Кроме того, каждая антенна 1 имеет геометрическую структуру по существу такой формы, что формирует квадратную спираль.In addition, each
Фактически, как можно видеть, в частности, на фиг 2А, указанный первый диполь 1А и указанный второй диполь 1B выполнены так, что формируют по существу квадратную спираль.In fact, as can be seen in particular in FIG. 2A, said
В частности, указанные первый диполь 1А и второй диполь 1B имеют соответственно первую часть S1, S1', вторую часть S2, S2', перпендикулярную к указанной первой части, третью часть S3, S3', перпендикулярную к указанной второй части, четвертую часть S4, S4', перпендикулярную к указанной третьей части, пятую часть S5, S5', перпендикулярную к указанной четвертой части, шестую часть S6, S6', перпендикулярную к указанной пятой части, седьмую часть S7, S7', перпендикулярную к указанной шестой части, и восьмую часть S8, S8', перпендикулярную к указанной седьмой части.In particular, said
В первом диполе 1А первая часть S1 параллельна третьей части S3, пятой части S5 и седьмой части S7, а вторая часть S2 параллельна четвертой части S4, шестой части S6 и восьмой части S8.In the
Во втором диполе 1B первая часть S1' параллельна третьей части S3', пятой части S5' и седьмой части S7', а вторая часть S2' параллельна четвертой части S4', шестой части S6' и восьмой части S8'.In the
Эти два диполя выполнены так, что первая часть S1 первого диполя 1А параллельна первой части S1' второго диполя 1B, а вторая часть S2 первого диполя 1А параллельна второй части S2' второго диполя 1B.The two dipoles are configured so that the first part S1 of the
В первом варианте выполнения настоящего изобретения длина каждого диполя равна 19,3887 мкм, а антенна содержит множество слоев (как раскрыто ниже), включая проводящий слой из металлического материала, предпочтительно золота, толщиной 0,3 мкм.In the first embodiment of the present invention, the length of each dipole is 19.3887 µm and the antenna comprises a plurality of layers (as discussed below) including a conductive layer of a metallic material, preferably gold, 0.3 µm thick.
На фиг. 2 В показаны длины каждой части двух диполей антенны 1 из группы антенн.In FIG. 2B shows the lengths of each part of the two dipoles of
Все значения на фиг. 2 В выражены в мкм.All values in Fig. 2 V are expressed in µm.
В первом диполе 1А длины каждой части равны:In the
длина первой части S1 1,8508 мкм,length of the first part S1 1.8508 µm,
длина второй части S2 4,775 мкм,length of the second part S2 4.775 µm,
длина третьей части S3 3,5258 мкм,length of the third part S3 3.5258 µm,
длина четвертой части S4 3,4306 мкм,length of the fourth part S4 3.4306 µm,
длина пятой части S5 2,3696 мкм,length of the fifth part of S5 2.3696 µm,
длина шестой части S6 2,1427 мкм,length of the sixth part of S6 2.1427 µm,
длина седьмой части S7 1,3757 мкм,length of the seventh part of S7 1.3757 µm,
длина восьмой части S8 0,9082 мкм.the length of the eighth part of S8 is 0.9082 µm.
Во втором диполе 1B длины каждой части равны:In the
длина первой части S1' 1,7523 мкм,length of the first part S1' 1.7523 µm,
длина второй части S2' 4,7273 мкм,length of the second part S2' 4.7273 µm,
длина третьей части S3' 3,5258 мкм,length of the third part S3' 3.5258 µm,
длина четвертой части S4' 3,4367 мкм,length of the fourth part S4' 3.4367 µm,
длина пятой части S5' 2,3652 мкм,length of the fifth part S5' 2.3652 µm,
длина шестой части S6' 2,1414 мкм,length of the sixth part S6' 2.1414 µm,
длина седьмой части S7 1,3911 мкм,length of the seventh part of S7 1.3911 µm,
длина восьмой части S8' 0,9242 мкмeighth length S8' 0.9242 µm
Ширина каждой части первого диполя составляет 0,3521 мкм и равна ширине каждой части второго диполя.The width of each part of the first dipole is 0.3521 μm and is equal to the width of each part of the second dipole.
Кроме того, у первого диполя 1А и второго диполя 1B имеется соответствующий первый конец 11А, 11B и соответствующий второй конец 12А, 12 В.In addition, the
Первый конец 11А первого диполя 1А связан с первой частью S1 первого диполя, а второй конец 12А первого диполя 1А связан с восьмой частью S8 первого диполя.The
Длина первого конца 11А равна 0,9528 мкм (0,6007 мкм + 0,3521 мкм), а ширина первого конца 11А равна 0,5058 мкм.The length of the
Первый конец 11B второго диполя 1B связан с первой частью S1' второго диполя, а второй конец 12 В второго диполя 1B связан с восьмой частью S8' второго диполя.The
Длина первого конца 11B равна 0,7676 мкм, а ширина первого конца 11B равна 0,5058 мкм.The length of the
Второй конец 11B первого диполя 1А антенны обращен ко второму концу 12 В второго диполя 1B той же самой антенны, а первый конец 11B второго диполя 1B указанной антенны соединен с первым концом 11А первого диполя 1А следующей антенны и соединен последовательно с указанной антенной, принадлежащей к той же самой группе антенн.The
Расстояние между вторым концом 12А первого диполя 1А и вторым концом 12 В второго диполя 1B равно 0,22 мкм.The distance between the
На фиг. 2С показаны расстояния между различными параллельными частями двух диполей антенны 1 из группы антенн.In FIG. 2C shows the distances between different parallel portions of two
Все численные значения, показанные в фиг. 2С, выражены в мкм.All numerical values shown in FIG. 2C are expressed in µm.
Расстояния между диполями и толщины диполей выбраны так, чтобы создать диэлектрическую емкость между диполями для оптимизации резонанса самой антенны.The distances between the dipoles and the thicknesses of the dipoles are chosen to create a dielectric capacitance between the dipoles to optimize the resonance of the antenna itself.
Расстояние между первой частью S1 первого диполя 1А и третьей частью второго диполя 1B равно 0,3108 мкм.The distance between the first part S1 of the
Расстояние между второй частью S2 первого диполя и четвертой частью S4' второго диполя равно 0,7730 мкм.The distance between the second part S2 of the first dipole and the fourth part S4' of the second dipole is 0.7730 µm.
Расстояние между третьей частью S3 первого диполя 1А и первой частью S1' второго диполя равно 0,3092 мкм.The distance between the third part S3 of the
Расстояние между третьей частью S3 первого диполя 1А и пятой частью S5' второго диполя 1B равно 0,3110 мкм.The distance between the third part S3 of the
Расстояние между четвертой частью S4 первого диполя 1А и второй частью S2' второго диполя 1B равно 0,2750 мкм.The distance between the fourth part S4 of the
Расстояние между четвертой частью S4 первого диполя 1А и шестой частью S6' второго диполя 1B равно 0,2704 мкм.The distance between the fourth part S4 of the
Расстояние между пятой частью S5 первого диполя 1А и третьей частью S3' второго диполя 1B равно 0,3106 мкм.The distance between the fifth part S5 of the
Расстояние между пятой частью S5 первого диполя 1А и седьмой частью S7' второго диполя равно 0,3308 мкм.The distance between the fifth part S5 of the
Расстояние между шестой частью S6 первого диполя 1А и четвертой частью S4' второго диполя 1B равно 0,2706 мкм.The distance between the sixth part S6 of the
Расстояние между шестой частью S6 первого диполя 1А и восьмой частью S8' второго диполя 1B равно 0,1370 мкм.The distance between the sixth part S6 of the
Расстояние между седьмой частью S7 первого диполя 1А и пятой частью S5' второго диполя 1B равно 0,3126 мкм.The distance between the seventh part S7 of the
Расстояние между восьмой частью S8 первого диполя 1А и шестой частью S6' второго диполя равно 1B 0,1450 мкм.The distance between the eighth part S8 of the
Расстояние между восьмой частью S8 первого диполя 1А и седьмой частью S7' второго диполя 1B равно 0,3118 мкм.The distance between the eighth part S8 of the
На фиг. 3 показана многослойная конструкция антенны 1 из группы антенн.In FIG. 3 shows a multilayer structure of an
Указанная антенна 1 содержит следующие слои, идущие последовательно от основания до верха:The specified
- поддерживающий слой 100,-
- диэлектрический слой 110-
- упрочняющий слой 120 из металлического материала, предпочтительно хрома,- a reinforcing
- проводящий слой 130 из металлического материала, предпочтительно золота.a
В частности, диэлектрический слой 110 имеет первую поверхность 110А и вторую поверхность 110 В, противоположную по отношению к указанной первой поверхности 110А.In particular, the
Упрочняющий слой 120 из хрома находится в контакте с первой поверхностью 110А диэлектрического слоя 110, а поддерживающий слой 100 находится в контакте со второй поверхностью 110 В диэлектрического слоя.The
Проводящий слой 130 выполнен из золота, потому что золото - прекрасный проводник. Однако указанный проводящий слой из золота, если подвергнуть его изгибу, может деформироваться или даже сломаться, что создает риск блокировки пути для электрического тока. Следовательно, конструкция антенны предусматривает наличие упрочняющего слоя 120 из хрома для укрепления указанного проводящего слоя из золота.The
Предпочтительно, указанный диэлектрический слой выполнен из диоксида кремния (SiO2).Preferably, said dielectric layer is made of silicon dioxide (SiO 2 ).
Кроме того, предпочтительно, чтобы указанный поддерживающий слой 100 был выполнен из полимерного материала, такого как полиэтилен или поликарбонат.It is further preferred that said
В частности, указанный поддерживающий слой может быть выполнен из материала, выбранного из следующей группы: поликарбонат, полиэтилен, полиэфирная ткань, циклоолефиновые сополимеры, предпочтительно Topas.In particular, said support layer may be made of a material selected from the following group: polycarbonate, polyethylene, polyester fabric, cycloolefin copolymers, preferably Topas.
Полимерный материал обеспечивает поддерживающему слою заранее заданную степень гибкости и обеспечивает массу указанной антенны.The polymeric material provides the support layer with a predetermined degree of flexibility and provides the mass of said antenna.
Что касается упрочняющего слоя 120 и проводящего слоя 130, предпочтительно, чтобы упрочняющий слой 120 был выполнен на диэлектрическом слое 110 с помощью литографии, и проводящий слой 130 был выполнен на упрочняющем слое 120 с помощью литографии.As for the
В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг. 4, каждая антенна 1 содержит следующие слои, последовательно идущие от основания до верха:In an alternative embodiment of the present invention shown in FIG. 4, each
- поддерживающий слой 100,-
- диэлектрический слой 110,-
- проводящий слой 130' из металлического материала, предпочтительно алюминия или меди.a conductive layer 130' of a metallic material, preferably aluminum or copper.
В частности, указанный проводящий слой 130' находится в контакте с первой поверхностью 110А указанного диэлектрического слоя 110, а указанный поддерживающий слой 100 находится в контакте со второй поверхностью 110 В указанного диэлектрического слоя 110.In particular, said conductive layer 130' is in contact with the
Другими словами, в этом альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения проводящий слой 130 из золота и упрочняющий слой 120 из хрома отсутствуют в конструкции антенны и заменены на проводящий слой 130' из алюминия или меди.In other words, in this alternative embodiment of the present invention, the gold
Наличие проводящего слоя из алюминия или меди позволяет сократить затраты на изготовление антенны.The presence of a conductive layer of aluminum or copper reduces the cost of manufacturing the antenna.
Особо предпочтительно, чтобы проводящий слой 130' был выполнен на диэлектрическом слое 110 с помощью литографии.It is particularly preferred that the conductive layer 130' be formed on the
На фиг. 3 схематично показана конструкция выпрямителя 2, сконфигурированного для преобразования переменного электрического тока, созданного группой антенн, в постоянный электрический ток, который может питать любую нагрузку, связанную с указанным выпрямителем.In FIG. 3 schematically shows the construction of a
Указанный выпрямитель 2 содержит квантовый диод, который содержит:Said
- первый диэлектрический слой 21, имеющий первую поверхность 21А и вторую поверхность 21B, противоположную указанной первой поверхности 21 А, при этом толщина первого диэлектрического слоя 21 равна четверти длины указанной электромагнитной волны,a
- первый электрод или катод 22, изготовленный из первого металлического материала, отличающегося от металлического материала проводящего слоя 130 антенны 1, при этом первый электрод 22 частично находится в контакте с первой поверхностью 21А указанного первого диэлектрического слоя 21 и частично в контакте со указанной антенной 1,1' (в частности, с первым диполем 1А указанной антенны 1); в поперечном сечении указанный первый электрод 22 имеет первую высоту H1 и содержит первую сторону 221 с первым концом, находящемся в контакте с первой поверхностью 21А первого диэлектрического слоя 21, и вторым концом, находящемся напротив указанного первого конца, вторую сторону 222 с первым концом в контакте с первой поверхностью 21А первого диэлектрического слоя 21, и вторым концом, противоположным первому концу, а также третью сторону 223, соединяющую второй конец указанной первой стороны 221 со вторым концом указанной второй стороны 222, при этом указанная третья сторона 223 имеет первый конец, находящийся в контакте со вторым концом указанной первой стороны 221, так что указанная первая сторона и указанная третья сторона имеют точку Р контакта,a first electrode or
- второй диэлектрический слой 23, содержащий первую часть 231, при этом указанная первая часть содержит первую секцию 231 А, находящуюся в контакте с частью указанной третьей стороны 223 указанного первого электрода 22 и с частью указанной антенны 1 (в частности, с первым диполем 1А указанной антенны 1), вторую секцию 231B, находящуюся в контакте с указанной первой стороной 221 указанного первого электрода 22, и третью секцию 231С, находящуюся в контакте с частью первой поверхности 21А указанного первого диэлектрического слоя 21,a
- второй электрод или анод 24, изготовленный из второго металлического материала, идентичного металлическому материалу проводящего слоя указанной антенны 1 и частично находящийся в контакте с первой частью указанного второго диэлектрического слоя 23, так что указанный второй электрод 24 отделен от указанного первого электрода 22 первой частью 231 второго диэлектрического слоя 23; причем в поперечном сечении указанный второй электрод 24 имеет вторую высоту Н2, большую, чем первая высота H1 указанного первого электрода 22.- a second electrode or
В частности, указанные первая сторона 221 и третья сторона 223 первого электрода 22 выполнены так, что формируют угол, больший, чем 0°, и меньший или равный 90°, так что, когда каждая антенна 1 резонирует на частоте электромагнитной волны, соответствующее количество электронов перемещается от указанного первого электрода 22 к указанному второму электроду 24, проходя, благодаря туннельному эффекту, второй диэлектрический слой 23 в соответствующей точке Р контакта.Specifically, said
Соответственно, этот туннельный эффект представляет собой квантовый туннельный эффект, и указанное количество электронов способно пройти через второй диэлектрический слой 23, достигая второго электрода 24, но не имеет возможности вернуться к первому электроду 22 путем еще одного прохождения через второй диэлектрический слой 23.Accordingly, this tunneling effect is a quantum tunneling effect, and the specified number of electrons is able to pass through the
На высокой частоте переход указанного количества электронов из первого электрода 22 ко второму электроду 24 имеет место за время Δt (порядка наносекунд), поэтому, как только второй электрод 24 достигнут, указанное количество электронов продолжает свое однонаправленное движение.At high frequency, the transition of the specified number of electrons from the
Квантовый диод не нагревается и более эффективен с точки зрения энергии по сравнению с диодом на р-n переходе, так как указанный квантовый диод рассеивает такое количество тепла и энергии, которые не существенны по сравнению с диодом на р-n переходе.A quantum diode does not heat up and is more energy efficient than a p-n junction diode, since said quantum diode dissipates such an amount of heat and energy that is not significant compared to a p-n junction diode.
Предпочтительно, чтобы указанный угол лежал между 5° и 30°, чтобы способствовать переходу электронов от первого электрода 22 ко второму электроду 24 в единственной точке, то есть в указанной точке Р контакта, и уменьшить рассеяние электронов с целью получения большей эффективности преобразования переменного электрического тока в постоянный электрический ток.Preferably, said angle is between 5° and 30° in order to facilitate the transfer of electrons from the
В первом раскрытом варианте выполнения настоящего изобретения первый электрод 22 находится частично в контакте с первым диполем 1А антенны 1, но он мог бы находиться в контакте со вторым диполем 1B антенны 1 без выхода за рамки изобретения.In the first disclosed embodiment of the present invention, the
Кроме того, указанный диэлектрический слой 23 содержит вторую часть 232, пространственно отделенную от первой части 231, при этом указанная вторая часть 232 содержит первую секцию 232А, находящуюся в контакте с другой частью третьей стороны 223 первого электрода 22, вторую секцию 232 В, находящуюся в контакте со второй стороной 222 первого электрода 22, и третью секцию 232С, которая находится в контакте с другой частью первой поверхности 21А первого диэлектрического слоя 21.In addition, the specified
Расстояние между второй частью 232 и первой частью 231, в частности расстояние между первой секцией 231А указанной первой части 231 и первой секцией 232А второй части 232 лежит между 70 нм и 100 нм.The distance between the
Кроме того, в первом раскрытом варианте выполнения настоящего изобретения первый диэлектрический слой 21 выполнен из диоксида кремния (SiO2), первый металлический материал, из которого изготовлен первый электрод 22, представляет собой хром, второй диэлектрический слой 23 изготовлен из оксида алюминия (Al2O3), а второй металлический материал, из которого изготовлен второй электрод 24, представляет собой золото.In addition, in the first disclosed embodiment of the present invention, the
В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения во втором диэлектрическом слое 23 оксид алюминия может заменен на диоксид гафния (HfO2), что не выходит за рамки изобретения.In an alternative embodiment of the present invention, in the
Кроме того, толщина указанного второго диэлектрического слоя выбрана так чтобы препятствовать электронам возвратиться на первый электрод после того, как они, перемещаясь от первого электрода 22 ко второму электроду 24, достигли указанного второго электрода.In addition, the thickness of said second dielectric layer is chosen to prevent electrons from returning to the first electrode after they have traveled from the
Толщина указанного диэлектрического слоя 23 может лежать между 1,5 нм и 4 нм, и предпочтительно составляет 2 нм.The thickness of said
Как сказано выше, выпрямитель 2 содержит квантовый диод для преобразования переменного электрического тока в постоянный электрический ток.As mentioned above, the
В частности, как сказано выше, указанный диод представляет собой квантовый диод и имеет такую конструкцию, чтобы с высокой скоростью выпрямлять переменный электрический ток с преобразованием его в постоянный электрический ток.Specifically, as mentioned above, said diode is a quantum diode and is designed to rectify an alternating current at a high speed into a direct current.
Это обусловлено асимметрией конструкции квантового диода, а асимметрия указанной конструкции обусловлена различием металлического материала первого электрода 22 и второго электрода 24 и различием в высоте первого электрода 22 и второго электрода 24.This is due to the asymmetry of the design of the quantum diode, and the asymmetry of this design is due to the difference in the metallic material of the
Кроме того, указанный квантовый диод содержит поддерживающий слой 20, находящийся в контакте со второй поверхностью 21B указанного первого диэлектрического слоя 21.In addition, said quantum diode comprises a
В первом альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения поддерживающий слой 20 может иметь заранее заданную степень гибкости и может быть выполнен из материала, выбранного из следующей группы: полиэтилен, полиэстер.In a first alternative embodiment of the present invention, the
Во втором альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения указанный поддерживающий слой 20 может иметь заранее заданную степень жесткости и может быть выполнен из материала, выбранного из следующей группы: стекло, плексиглас.In a second alternative embodiment of the present invention, said
Во втором варианте выполнения конвертера, показанном на фиг. 6 и отличающемся от первого варианта выполнения настоящего изобретения, каждая антенна 1 из группы антенны сконфигурирована так, чтобы резонировать на электромагнитных волнах, принадлежащих к инфракрасному спектру и имеющих длину волны, равную 11,2 мкм (частота приблизительно равна 26 ТГц), при этом указанная длина волны близка к длинам волн видимого спектра.In the second embodiment of the converter shown in FIG. 6 and different from the first embodiment of the present invention, each
Во втором варианте выполнения настоящего изобретения группа антенн указанного конвертера содержит тридцать антенн 1', расположенных в виде матрицы 5×6, и выпрямитель 2, последовательно соединенный с антенной, которая занимает в указанной матрице положение, соответствующее пятой строке и шестому столбцу.In the second embodiment of the present invention, the group of antennas of the specified converter contains thirty antennas 1' arranged in a 5×6 matrix, and a
Однако нет необходимости, чтобы в указанную группу антенн входило тридцать антенн, или чтобы антенны были расположены в виде матрицы.However, it is not necessary that thirty antennas be included in said antenna group, or that the antennas be arranged in a matrix.
Например, в рамках изобретения указанная группа антенн может содержать множество антенн в любом количестве, расположенных вдоль оси с формированием ряда.For example, within the scope of the invention, said group of antennas may comprise any number of antennas arranged along an axis in a row.
Каждая антенна 1' содержит первый диполь 1А' и второй диполь 1B' и имеет геометрическую структуру, по существу формирующую эллиптическую спираль.Each antenna 1' contains a
Фактически, указанный первый диполь 1А' и указанный второй диполь 1B' искривлены и расположены так, что формируют эллиптическую спираль.In fact, said
В частности, первый диполь 1А' и второй диполь 1B' имеют соответствующий первый конец 11А', 11B' и соответствующий второй конец 12А', 12 В'.In particular, the
Второй конец 12 В' второго диполя 1B' антенны 1' обращен к концевой части первого диполя 1А', расположенного вблизи второго конца 12А' первого диполя 1А' той же антенны, а первый конец 11B' второго диполя 1B' указанной антенны соединен с первым концом 11А' первого диполя 1А' следующей антенны, последовательно соединенной с указанной антенной.The
На фиг. 7А показаны значения расстояния между первым концом 11А' первого диполя 1А' и первым концом второго диполя 11B', расстояния между вторым концом 12А' первого диполя 1А' и вторым концом 12 В' второго диполя 1B' и расстояния между заранее заданной точкой первого диполя 1А' и заранее заданной точкой второго диполя 1B'.In FIG. 7A shows the values of the distance between the
Все численные значения, показанные на фиг. 7А, даны в мкм.All numerical values shown in Fig. 7A are given in µm.
Как показано на фиг. 7А, расстояние между вторым концом 12А' первого диполя 1А' и вторым концом 12 В' второго диполя 1B' равно 0,2 мкм.As shown in FIG. 7A, the distance between the
Форма указанной антенны 1' (включая первый диполь 1А' и второй диполь 1B') такова, что они вписаны в прямоугольник с основанием 2,53 мкм и высотой 2,55 мкм.The shape of said antenna 1' (including the
В частности, первый конец 11А' первого диполя 1А' и первый конец 11B' второго диполя 1B расположены на первой оси А, и расстояние между заранее заданной первой точкой D1 и заранее заданной второй точкой D2, расположенными на второй оси В, перпендикулярной к указанной первой оси А и проходящей через второй конец первого диполя 1А', равно 2,55 мкм.Specifically, the
На фиг. 7 В показано, как меняется расстояние между первым диполем 1А' и вторым диполем 1B' антенны 1' в первом направлении от конца 11А' первого диполя 1А' ко второму концу 12А' первого диполя 1А', и как меняется расстояние между вторым диполем 1B' и первым диполем 1А' той же самой антенны во втором направлении от первого конца 11B' второго диполя 1B' ко второму концу второго диполя 12 В'.In FIG. 7B shows how the distance between the
Все численные значения на фиг. 7 В даны в мкм.All numerical values in Fig. 7 V are given in µm.
Как видно на фиг. 7 В, расстояние между первым диполем 1А' и вторым диполем 1B' растет от первого значения, равного 0,27 мкм, до второго значения, равного 0,40 мкм, в первом направлении от первого конца 11А' первого диполя 1А ко второму концу 12А' первого диполя.As seen in FIG. 7B, the distance between the
Расстояние между вторым диполем 1B' и первым диполем 1А' растет от первого значения, равного 0,33 мкм, до второго значения, равного 0,40 мкм, во втором направлении от первого конца 11B' второго диполя 1B' ко второму концу 12 В' второго диполя.The distance between the
На фиг. 7С показана ширина некоторых элементов первого диполя 1А' и ширина некоторых элементов второго диполя 1B' антенны 1'. Все численные значения на фиг. 7С даны в мкм.In FIG. 7C shows the width of some elements of the
Как видно на фиг. 7С, ширина первого диполя 1А' растет от первого конца 11А' до заранее заданной части диполя, а затем постепенно уменьшается ко второму концу 12А' диполя.As seen in FIG. 7C, the width of the
Ширина первого диполя 1А' увеличивается от первого значения, равного 0,04 мкм, по существу на втором конце 12А', до второго значения, равного 0,25 мкм, по существу в части диполя, расположенной на расстоянии одной четверти длины первого диполя, а затем от указанного второго значения уменьшается до третьего значения, равного 0,22 мкм, по существу в части диполя, расположенной на расстоянии трех четвертей длины первого диполя, и от указанного третьего значения уменьшается до четвертого значения, равного 0,16 мкм, вблизи первого конца 11B второго диполя 1B'.The width of the
Ширина второго диполя 1B' увеличивается от первого значения, равного 0,04 мкм по существу на первом конце 11B', до второго значения, равного 0,25 мкм, по существу в части диполя, расположенной на расстоянии одной четверти длины второго диполя, а затем от указанного второго значения уменьшается до третьего значения, равного 0,15 мкм, по существу в части диполя, расположенной на расстоянии трех четвертей длины второго диполя, и от указанного третьего значения изменяется до четвертого значения, равного 0,16 мкм, вблизи второго конца 12 В' второго диполя 1B'.The width of the
В раскрытых вариантах выполнения настоящего изобретения каждая антенна предпочтительно выполнена с помощью нанотехнологий.In the disclosed embodiments of the present invention, each antenna is preferably made using nanotechnology.
Кроме того, предпочтительно, чтобы антенна 1,1' представляла собой плоскую антенну.In addition, it is preferable that the
Кроме того, толщина каждой антенны может быть между 0,3 мкм и 0,5 мкм, предпочтительно 0,3 мкм, чтобы антенна имела импеданс, превышающий сопротивление квантового диода. В частности, в раскрытых вариантах выполнения настоящего изобретения при такой толщине можно получить импеданс, равный или по существу равный 370 Ом, а у квантового диода, задаваемого диэлектрическим материалом второго диэлектрического слоя, сопротивление лежит между 140 Ом и 180 Ом.In addition, the thickness of each antenna can be between 0.3 µm and 0.5 µm, preferably 0.3 µm, so that the antenna has an impedance greater than that of the quantum diode. In particular, in the disclosed embodiments of the present invention, an impedance equal to or substantially equal to 370 ohms can be obtained with such a thickness, and the quantum diode defined by the dielectric material of the second dielectric layer has a resistance between 140 ohms and 180 ohms.
На фиг. 8 показана конвертерная система для преобразования электромагнитной волны в постоянный электрический ток.In FIG. 8 shows a converter system for converting an electromagnetic wave into a direct electric current.
Указанная конвертерная система содержит первый конвертер, раскрытый в первом варианте выполнения настоящего изобретения, и второй конвертер, раскрытый во втором варианте выполнения настоящего изобретения, при этом указанный второй конвертер последовательно соединен с выпрямителем первого конвертера.Said converter system comprises a first converter disclosed in the first embodiment of the present invention and a second converter disclosed in the second embodiment of the present invention, said second converter being connected in series with the rectifier of the first converter.
Однако указанная конвертерная система может содержать любое число конвертеров, связанных друг с другом последовательно, и указанные конвертеры могут также быть одинаковыми с точки зрения формы антенн, являющихся частью соответствующих групп антенн (например, у каждого конвертера может быть группа антенн, антенны в которой имеют геометрическую форму квадратной спирали или геометрическую форму эллиптической спирали, или каждая антенна группы антенн может содержать только один диполь), и может содержать одинаковое или разное количество антенн.However, said LNB system may comprise any number of LNBs connected in series with each other, and said LNBs may also be identical in terms of the shape of the antennas that are part of the respective antenna groups (for example, each LB may have an antenna group whose antennas are geometrically a square helix shape or an elliptical helix geometry, or each antenna of an antenna group may contain only one dipole), and may contain the same or different number of antennas.
Как уже было указано, конвертер позволяет производить постоянный электрический ток из естественной или искусственной электромагнитной волны, что позволяет питать любую нагрузку, связанную с этим конвертером.As already mentioned, the converter makes it possible to produce a direct electric current from a natural or artificial electromagnetic wave, which makes it possible to power any load associated with this converter.
В частности, указанный конвертер позволяет преобразовывать электромагнитные волны с различными частотами в постоянный электрический ток.In particular, said converter makes it possible to convert electromagnetic waves with different frequencies into direct electric current.
Следовательно, и электромагнитные волны, создаваемые высокой температурой любого устройства, способного к генерировать тепло, такие как радиатор или двигатель, могут быть преобразованы в постоянный электрический ток.Therefore, the electromagnetic waves generated by the high temperature of any device capable of generating heat, such as a radiator or engine, can be converted into direct current.
Второе преимущество обусловлено тем фактом, что конвертер имеет простую конструкцию и, следовательно, низкую стоимость производства, а также низкую стоимость установки.The second advantage is due to the fact that the converter has a simple structure and hence a low production cost as well as a low installation cost.
Третье преимущество обусловлено тем фактом, что конвертер способен производить постоянный электрический ток независимо от погодных условий и времени суток.The third advantage is due to the fact that the converter is able to produce direct electrical current regardless of weather conditions and time of day.
Четвертое преимущество состоит в том, что при использовании во внешней среде нет необходимости специально ориентировать конвертер, и он не нуждается в движущем средстве для его перемещения, например, в зависимости от положения солнца, поскольку достаточно, чтобы конвертер принимал электромагнитные волны.A fourth advantage is that, when used in an outdoor environment, there is no need to specifically orient the converter, and it does not need a driving means to move it, for example, depending on the position of the sun, since it is enough for the converter to receive electromagnetic waves.
Дополнительное преимущество обусловлено тем фактом, что конвертер имеет легкую конструкцию и чрезвычайно малую толщину, и поэтому безвреден для окружающей среды.An additional advantage stems from the fact that the converter is lightweight and extremely thin, and therefore environmentally friendly.
Настоящее изобретение описано только для иллюстрации, а не с целью ограничения, на примере предпочтительного варианта его выполнения, но очевидно, что специалисты могут сделать изменения и/или модификации без отхода от объема изобретения, который определяется пунктами формулы изобретения.The present invention has been described by way of illustration only, and not by way of limitation, in terms of the preferred embodiment, but it is obvious that changes and/or modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.
Claims (38)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT201700139615 | 2017-12-04 | ||
IT102017000139615 | 2017-12-04 | ||
PCT/IT2018/050236 WO2019111287A1 (en) | 2017-12-04 | 2018-12-04 | Converter for converting an electromagnetic wave in a continuous electric current |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020121266A RU2020121266A (en) | 2022-01-10 |
RU2777219C2 true RU2777219C2 (en) | 2022-08-02 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2598990C2 (en) * | 2012-06-29 | 2016-10-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Electromagnetic dipole antenna |
RU172089U1 (en) * | 2017-04-04 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Device for visualizing objects by irradiation with an electromagnetic field in the microwave range |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2598990C2 (en) * | 2012-06-29 | 2016-10-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Electromagnetic dipole antenna |
RU172089U1 (en) * | 2017-04-04 | 2017-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Device for visualizing objects by irradiation with an electromagnetic field in the microwave range |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9472699B2 (en) | Energy harvesting devices, systems, and related methods | |
US8338772B2 (en) | Devices, systems, and methods for harvesting energy and methods for forming such devices | |
US8847824B2 (en) | Apparatuses and method for converting electromagnetic radiation to direct current | |
EP3196978B1 (en) | Multiband radio frequency (rf) energy harvesting with scalable antenna | |
US20100147371A1 (en) | Energy harvesting devices | |
Kotter et al. | Solar nantenna electromagnetic collectors | |
KR101862183B1 (en) | A method and apparatus for an optical frequency rectifier | |
US9917225B2 (en) | Black body infrared antenna array | |
US20140266967A1 (en) | Metamaterial Particles for Electromagnetic Energy Harvesting | |
US20130099599A1 (en) | Thermally Efficient Power Conversion Modules for Space Solar Power | |
WO2012018552A2 (en) | Ultra-efficient energy conversion device for converting light to electricity by rectifying surface plasmon polaritons | |
AU2017258961B2 (en) | System for transforming energy of solar electromagnetic radiation into electric energy | |
Abadal et al. | Chapter Electromagnetic Radiation Energy Harvesting–The Rectenna Based Approach | |
RU2777219C2 (en) | Converter for conversion of electromagnetic wave into direct electric current | |
JP7207831B2 (en) | Transducer for transforming electromagnetic waves into continuous current | |
Bhatt et al. | Comparative analysis of efficient diode design for terahertz wireless power transmission system | |
US20220006199A1 (en) | Metamaterial loaded antennas | |
JP2021027683A (en) | Optical wireless power supply device and optical wireless power supply mobile object | |
EP3379645A1 (en) | Solar antenna comprising graphene, solar unit comprising multiple solar antennas and method for operating a solar unit | |
US10389020B2 (en) | Solar element comprising resonator for application in energetics | |
Tawk et al. | An inverted-F antenna integrated with solar cells for energy harvesting | |
Taybi et al. | A new design of rectenna array with high performances | |
JPWO2019059342A1 (en) | Optical waveguides, photoelectric converters, buildings, electronic devices, mobiles and electromagnetic waveguides | |
KR101579594B1 (en) | Antenna and the module thereof | |
KR101352982B1 (en) | Reflectarray lens for solar cell and solar cell module with reflectarray lens |