Способ соединения приемновыпрямительных ячеек ректенны

(ГОСПАТЕНТ ССС ТЕНТНО ИЕ ИЗОБРЕТЕН(21) 4746701/09 Гаусса за счет минимизации относительных (22)05.10.89 перепадов значений эквивалентных ЭДС (46) 07,05.93. Бюл. М 17постоянного тока при параллельном соеди- (71) Харьковский институт радиоэлектрони- ненни приемно-выпрямительных ячеек ки им. акад. М.К.Янгеля . : ректенны в группы и минимизации относи- (72) В,М.Шокало, 8.8.Нарыжная, А.И.Луча- тельных перепадов значений эквивалент- нинов и А,А.Щербинаных токов при последовательном (73) Харьковский инстИтут радиоэлектрони- . соединении этйх групп, Повышение эффекки им. акад. М.К.Янгеля ф тивности достигается за счет. того, что в рек- (56)Радиотехника и электроника, 1985. тенне, состоящей из облучэемой йо закону вып.4, с,805-811.-: ., - : . )аусса апертуры 1, составленной из (. коль- -, (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПРИЕМНО- цевых зон 2, в пределах каждой из которыхВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ЯЧЕЕК РЕКТЕННЫ плотность потока падаащего роля можно (57) Изобретение относится к радиотехнике. считать постоянной и заполненной ячейка- Цель изобретения - повышение эффектив- . ми 3, предназначенными для извлечения ности ректенны путем уменьшения потерь в . СВЧ-энергии из свободного пространства и схемах сбора энергии постоянного тока рек- преобразования ее в постоянный ток и схетенн при облучении их апертуры по закону мы сбооа мощности постоянного тока, соеФ1814746 Рн ого тока груп ЩНОСТЬ ПОСТО- сумме мощноек, йри условии вою оптимальление ячейкиока,оследовательсбора в этом(В/4 а 35 ВходЕь Е),йь ности по с этим да ректенны 40 мальном(1), (2) пр величины ят от плотП 1, В связи руэке КПД при опти- ыражения 5 1/а , е/а) 1=1диняащей выходы ячеек 3 по постоянному току с нагрузкой 4 и представляющей собой комбинации из параллельных и последовательных соединений выходов ячеек, схема сбора составлена так, что из кольцевых эон 2 сформировано й последовательно соединенных групп 5 из М ячеек 3, которые приИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения эффективности ректенн, входящих в состав системы передачи энергии СВЧ-лучом.Целью изобретения является увеличение КПД за счет уменьшения потерь сбора . энергии постоянного тока в неравномерно облучаемых ректеннах.Поставленная цель достигается тем, что способ повышения эффективности ректенны, приемно-выпрямительные элементы которой обьединены в модули, которые размещены в апертуре из. кольцевых зон, облучаемые потоком СВЧ-мощности по Закону Гаусса, основанный на комбинации из параллельно-последовательного соединения выходов модулей с нагрузкой с помощью схемы сбора мощности постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью увели чения КПД за счет снижения потерь в схеме сбора мощности постоянного тока в пределах каждой из кольцевых зон из параллельно соединенных модулей формируют группы из условия обеспечения заданного значения ЭДС постоянного тока с перепадом ЭДС в пределах группы не более 30; при этом число модулей в группе выбирают исходя из условия обеспечения заданного значения тока в нагрузке с перепадом тока не более ЗОО, причем группы между собой соединяют последовательно.Сущность изобретения состоит в следующем. Ректенны, как известно, облучаются неравномерно с целью достижения высокого КПД перехвата энергии, распространяющейся в свободном пространстве, Неравномерность облучения апертуры приводит к тому, что приемно-выпрямительные ячейки, как генераторы постоянного тока, являются неидентичными (т,е. характеризуются неравным ЭДС постоянного тока и внутренними сопротивлениями), Это неравенство при объединении отдельных ячеек схемой сбора с нагрузкой приводит к существенным потерям энергии постоянного тока, Если М ячеек соединить параллельно в группу с нагрузкой Вн, то КПД сбора надлежат одной или соседним зонам и соединены внутри группы 5 параллельно, при этом группы 5 сформированы так, что относительный перепад ЭДС в пределах каждой группы меньше 30 и относительный перепад токов групп также меньше 30. 2 табл., 4 ил. энергии о определяется следующим соотношением 5где Рнр мощность постояннпы в нагрузке Внр,Рмахмаксимальная моянного тока, которая равнастей постоянного тока М яче0 работы каждого из них на сную нагрузку;й 1 - внутреннее сопротикак генератора постоянного тЕсли й групп соединить иНО С НаГРУЗКой Йнр, ТО КПД.случае будет равен й р Е/ В+ В щие в выражения (1), (2нефункционально завис ока падающего поля П, же при оптимальной наг уо1, Так, например оотношении нагрузки в образуются к видуемкость перехода Сд = 0,25 пф. Двухполу- дули первой зоны, если заданное значение периодные приемно-выпрямительные эле- тока не достигнуто, в группу включаются менты расположены в узлах модули со следующей зоны, по достижению равносторонней треугольной сетки раэме- заданного значения тока сформируем слером 0,5 Й(Й,2 см). Размеры резонанс дующую группу, при этом для обеспечения ных петлевых вибраторов следующие: И - минимального перепада ЭДС в группе но;36; кЬ - 0,205; где М = 2 л/4. Габаритные мера зон, из которых берутся модули, долж- размеры модуля - 267 х 240 мм, Падающая ны следовать в порядке убывания значений на ректенну СВЧ-энергия распределена по По,поперечному сечению пучка по закону Гаус в) сформированные группы соединим са с максимальной плотностью потокамощ- по постоянному току последовательно, ности у апертуры ректенны 200 Вт/м 2 при . В качестве примера такого построеаолновом параметре= 2, С учетом габа- ния на фиг.3 показана схема сбора ректенритйых размеров апертуры 1 ректенны ны, рассчитанная на эквивалентный ток 53 ячейки 3 (модуля) и осесимметричности па-15 А. Значения ЭДС Е и токов 1 групп этой . дающего пучка на апертуре 1 можно выде- ректенйй приведены в табл.2.лить 26 кольцевых зон 2. Модули 3, лежащие Как следует из табл.2, перепады тов пределах этих зон, облучаются потоком:ков между группами в предлагаемомспосо- СВЧ-мощности с одной итой же плотностью бе (Ь 1 " 24) существенно меньше, чем Пл. Для каждой зоны в табл.1 указаны зна-. 20 перепады зон прототипа. При составлении чения Пп; эквйвалентные ЭДС Е 1, токи 1 и схемы сбора допускался перепад ЭДС момощности постоянного тока РО 1 модулей, а дулей в пределах группы Ь Е не более 22.также мощности Роз и эквивалентные то- За счет указанных двух факторов расчетный ки 1 оз каждой эоны КПД схем сбора заявляемой ректенны соЭквивалентныетокизон 1 эзрзссчитыве 25 ставляет 99, что на 207 ь больше, чем у лись в предположении, что в пределах зоны прототипа.модули соединяются параллельно, знало-Полученный положительный эффект погично прототипу, Из табл.1 следует, что мак- эволяет рекомендовать к использованию симзльное и минимальное значения предлагаемыйспособ при построении рекэквивалентныхтоковзонсущественноотли тенн наземных систем передачи энергии с чаются (перепад токов составляет 80). За помощью СВЧ-луча.счет этого возникают. потери мощности при Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я сборе энергии. Количественно величину по- . Способ соединения приемно-выпрямитерь можно оценить по графикам фиг,4 рас- тельных ячеек ректенны, апертура которой считанным для данного способа повышения 35 состоит из кольцевых зон, облучаемых пото- эффективности ректенны. Если выходы зон ком СВЧ-мощности по закону Гаусса, заректенны соединить по-постоянному току . ключающийся в параллельном соединении последовательно (так же, как и у прототи- ячеек в группы, последовательном:соединепа),.тополучим КПЦсбора 796,Этотрезуль- нии групп и подключении их выходов по тат является неудовлетворительным, т.к, 40 постоянному току к нагрузке, о т л и ч а юпотери сбора составляют 216. щ и й с я тем, что, с целью повышения КПДВоспользовавшись информацией, при- . при параллельном соединении приемопеведеннойнафиг,4,нетрудноустановить,что редающих ячеек в группы перепад ЭДС . потери менее 2 гарантируются при пере- приемопередающих ячеек в каждой группадах ЭДС и токов менее 30, Применяя 45 пе ЬЕ30, где Л Е 1 = (Емакс - данное правило, составим схему сбора по Евнин)/Е 1 накс, Ермаке, Емин - максимальное и заявляемому способу следующим образом: минимзльйое значения ЭДС, при этом приа) комплектуем группы из параллельно емопередающие ячейки принадлежат, однойсоединенных модулей, при условии, что пе- или смежным кольцевым зонам, а перерепады ЭДС в пределах группы не превы падтоков в группах, соответствующих коль- шают указанных, а значение тока группы цевым зонам, Ы 30; где Ь 1 = (1 макс - равно заданному; 11 мин)дмвкс макс, амин - максимальное и миб) порядок включения модулей в группы нимальное значения эквивалентных токовследующий - сначала в группу включим мо- групп.551814746 10 Таблиц 1модулей ректенны круглой апертуры Энергетические парвметры ээ, А П, Вт/м Рр, Вт Р Вт. К-во взоне1814746 ЮФяг. Ф Составитель В.йока Техред М.Моргентал Корре р В.Петр ктор В,Трубченко водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1 аэ 1846 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретейиям И открьгтиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-И, Раушская наб., 4/5