Ректенна

Ректенна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние для повышения эффективности ректенн.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет упрощения конструкции при одновременном удешевлении массового производства.

Известна ректенна по патенту РФ №1814746 от 05.10.1989, содержащая решетку приемных элементов из диодов и проводников в виде кольцевых зон, ячейки соединены в группы параллельно, а группы соединены последовательно с двумя разнополярными шинами сбора постоянного тока. Изобретение обеспечивает эффективную работу ректенны в СВЧ диапазоне, но в области инфракрасного и видимого излучения устройство малоэффективно ввиду невозможности настройки ректенны в резонанс с частотой воспринимаемого излучения.

Известна ректенна, содержащая решетку проводящих элементов в виде вибраторов из колинеарно расположенных полых проводящих труб с вырезами, в которых установлены диоды (А.С. СССР №1628133 от 29.07.1988). Данное изобретение позволяет значительно повысить надежность работы за счет упрощения конструкции, но оно неприемлемо для приема энергии в тепловом диапазоне излучений ввиду технологических трудностей изготовления труб нужного размера.

Известно устройство для передачи энергии в вакууме, содержащее ректенну и большое количество диодов Шоттки и проводников, связанных с диодами в решетку приемных элементов. (Brown W.C. The Technology and Application of Free Space Transmission by Microwave Beam. Proceedings IEEE, v.62, N1, January,1974). Недостатком указанного устройства является наличие диодов Шоттки, как наиболее ненадежных элементов технологии приема энергии.

Известна ректенна, содержащая решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока. (А.С. СССР №1094110 от 01.02.1983). Известное устройство выбрано в качестве прототипа изобретения. Его недостатком является невозможность использования ректенны для приема энергии теплового диапазона частот.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне за счет минимизации геометрических размеров приемных элементов при одновременном повышении надежности выпрямительных диодов.

Указанный технический результат достигается тем, что в ректенне, содержащей решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока, имеется, согласно изобретению, приспособление для упругой деформации ячеек, и по крайней мере, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют кольцевую структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних.

Диэлектрическая нить, например из капрона, лавсана, базальта и других материалов, обладает весьма высокой механической прочностью, что позволяет при изготовлении ректенны отказаться от подложки. Сама решетка из диэлектрических нитей является несущим элементом конструкции и может быть использована для формирования ректенны значительных геометрических размеров.

Нанесение на внешнюю поверхность нити последовательных кольцевых слоев из металла (например, золота) диэлектрика (например, сульфида кадмия) и вновь металла (например, индия) обеспечивает создание структуры диэлектрического диода, который также называют МДМ диодом (см. Гранитов Г. И. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы. Учебник для техникумов. Издательство «Советское радио», Москва, 1977 г. Рис.2.4).

Такие кольцевые по геометрической конструкции МДМ диоды образуют вдоль диэлектрической нити последовательную диодную цепь. Эти цепи соединяют параллельно в электрическом смысле к сборным шинам. Также их связывают между собой одним из способов переплетения нитей, например, наподобие рабицы, или другим способом переплетения нитей, которые применяются при производстве текстиля и трикотажа. В результате ректенну можно ткать или вязать из покрытых слоями металлов и диэлектрика диэлектрических нитей, как трикотаж.

Из полученного в результате вязки полотнища можно изготавливать оболочки и конструкционные несущие элементы, которые найдут применение в космической технике и наземных устройствах, преобразующих энергию внешнего электромагнитного поля в полезную работу.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показана диэлектрическая нить с напыленными слоями в разрезе; на фиг.2 показана часть ректенны.

Диэлектрическую нить 1 покрывают последовательно накладываемыми с перекрытием слоями. Слой золота 2 (анод) покрыт слоем сульфида кадмия 3. Затем нанесен слой индия 4 (катод), который покрыт слоем золота 5. Далее на слой золота опять нанесен слой диэлектрика и далее покрывающие нить 1 слои следуют в указанном порядке. Взаимные перекрытия слоев 2,3,4 формируют диодные зоны 6, в которых образована МДМ структура диода.

Кольцеобразные слои золота 2 обеспечивают нити 1 необходимую для последующего плетения ректенны гибкость. После покрытия нитей 1 слоями металлов и диэлектрика их присоединяют к анодной шине 7, со стороны первого по порядку золотого кольца, переплетают между собой, например, наподобие рабицы и соединяют с катодной шиной 8 индиевым кольцом.

В результате переплетения нитей 1 возникают диодные мосты по контурам образующихся ячеек 9. Эти мосты способствуют уравниванию потенциалов по плоскости ректенны и позволяют перераспределять токи в обход поврежденных нитей и соединений. Тем самым повышается надежность ректенны в целом. Кроме того, повышается технологичность изготовления, поскольку обеспечивается исключение из электрической цепи случайно образованных кольцевых контуров, замкнутых накоротко при формировании ректенны. Шины 7 и 8 соединены приспособлением, например, в виде гидроцилиндра 10 и штока 11, с приводом (не показан), для взаимного перемещения. Раздвигая и сближая шины 7, 8 относительно друг друга перемещением штока 11 в гидроцилиндре 10, возможно увеличивать и уменьшать геометрические размеры ячеек 9, что позволяет производить настройку ректенны на предпочтительную частоту воспринимаемого излучения. Кроме того, поскольку каждая из нитей 1 имеет форму спирали, обеспечивается объемный резонанс токов в нити, что позволяет воспринимать энергию волны с любого направления и любой поляризации с повышенным к.п.д. относительно плоского в плане прототипа.

При разворачивании ректенны в рабочее положение гидроцилиндром 10 в шинах 7, 8 возникает разность потенциалов, которая используется для производства полезной работы. Источником энергии при этом служит внешнее поле электромагнитных излучений, воспринимаемое кольцевыми проводниками 2, 4, 5 и детектируемое кольцевыми зонами 6, в которых реализована структура МДМ диода. Поскольку вдоль нити 1 сформировано множество зон 6, происходит накопление потенциала на концах каждой нити 1, соединенной с шинами 7,8 своими металлическими кольцевыми слоями. Суммирование потенциала каждой из параллельно подключенных к шинам 7,8 нитей 1 определяет в конечном итоге мощность, которую возможно снять с шин 7,8.

Ректенна, содержащая диоды и решетку приемных элементов, выполненную в виде пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока и образующих при пересечении систему квадратных ячеек, отличающаяся тем, что она снабжена приспособлением для упругой деформации ячеек, и по крайней мере, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних.