Ректенна

Авторы патента:

Сбитной Михаил Леонидович (RU)

Бобков Сергей Вячеславович (RU)

Кадомкин Виктор Викторович (RU)

Робатень Сергей Сергеевич (RU)

H02J17/00 - Системы для питания или распределения электрической энергии с помощью электромагнитных волн

Владельцы патента RU 2505907:

Закрытое акционерное общество "НТК" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние. Технический результат - повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне ректенн. Ректенна содержит 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, приспособление для упругой деформации ячеек, 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. 2 ил.

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.

Похожие патенты:

Способ изготовления ректенны // 2504888

Способ генерации электромагнитного излучения // 2501146

Изобретение относится к технике генерации электромагнитного излучения с перестройкой частоты генерации в широком интервале значений и может быть использовано в системах локации, передачи энергии на большие расстояния.

Транспортное средство с электроприводом и устройство подачи энергии для транспортного средства // 2499694

Группа изобретений относится к устройствам подачи энергии для транспортного средства. Каждое из устройств содержит формирователь высокочастотной энергии.

Бесконтактная система электроснабжения и способ управления этой системой // 2498479

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и эффективности.

Устройство бесконтактного снабжения питанием и способ бесконтактного снабжения питанием // 2491697

Метаматериальная резонансная структура // 2490785

Изобретение относится к системам беспроводной передачи энергии. .

Способ и устройство для передачи электрической энергии // 2488208

Способ и устройство для передачи электрической энергии // 2488207

Устройство бесконтактной подачи электричества // 2487452

Изобретение относится к системам передачи электроэнергии. .

Бесконтактное оборудование снабжения электроэнергией, бесконтактное устройство приема электроэнергии и бесконтактная система снабжения электроэнергией // 2486651

Изобретение относится к системам беспроводной передачи электроэнергии. .

Беспроводная зарядная система для маломощных потребителей электрической энергии // 2510558

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения гарантированного беспроводного питания и зарядки различных устройств, например для беспроводной зарядки маломощных электроприборов (телефон, фотоаппарат, камеры, игрушки, сувениры), в квартире, офисе, общественном здании. Техническим результатом является повышение эффективности системы. Беспроводная зарядная система для маломощных потребителей электрической энергии содержит зарядную станцию с излучателем (1) и приемник потребителя электрической энергии, выполненные с катушками, работающими с использованием обратной связи. Катушка излучателя выполнена с двумя обмотками (15 и 16), длина провода которых кратна λ/4, где λ - используемая длина волны, при этом приемник состоит из колебательного контура, включающего в себя параллельно соединенные спиральную плоскую катушку (6) с длиной провода, кратной λ/4 или λ/2, и настроечный конденсатор (7), через управляемый выпрямитель (8) последовательно соединенный с накопительным конденсатором (10), с широтно-импульсным модулятором (9) и контроллером (11), который соединен с генератором (12) импульсов и аккумулятором (14). 15 з.п.ф-лы, 7 ил.

Устройство передачи электромагнитной энергии // 2510925

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам беспроводной передачи электроэнергии. Технический результат - возможность передавать магнитную индукцию в непроводящей газовой среде дистанционно, без использования специально сооружаемых для этого магнитопроводов. Такой средой может являться атмосферный воздух. При этом полученное устройство является установкой беспроводной передачи электроэнергии, так как передаваемая магнитная индукция может носить переменный или прерывистый характер, которая будет наводить в объекте, или на индуктивных катушках, расположенных непосредственно на объекте либо вблизи него, электродвижущую силу. Устройство может быть применено для дистанционного разогрева объектов из магнитного материала, например стали. Устройство включает в себя применение лазерных установок значительной мощности и создание с помощью них магнитопроводящего канала в диэлектрической газовой среде, например, такой как воздух, при этом используется процесс фотоионизации. 3 ил.

Система передачи электроэнергии и устройство вывода электроэнергии // 2529186

Изобретение относится к электротехнике, к системам передачи энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности передачи электроэнергии. В системе передачи электроэнергии генератор частоты выводит электроэнергию электрического сигнала, имеющего приблизительно такую же частоту, что и резонансная частота резонансного элемента, для резонансного элемента через возбуждаемый элемент. Резонансный элемент представляет собой элемент, имеющий импеданс и емкость, и генерирует магнитное поле посредством электрического сигнала, выводимого из генератора частоты. Схема связи по магнитному полю представляет собой схему, имеющую такую же резонансную частоту, что и у резонансного элемента, и становится связанной с резонансным элементом посредством резонанса магнитного поля. Схема связи по магнитному полю обеспечивает связь по магнитному полю также с другим резонансным элементом и передает электроэнергию из указанного резонансного элемента в другой резонансный элемент. Другой резонансный элемент выводит электроэнергию, переданную через схему связи по магнитному полю, в схему выпрямителя через возбуждаемый элемент. 5 з.п.ф-лы, 12 ил.

Бесконтактное питающее оборудование // 2530010

Изобретение относится к бесконтактному питающему оборудованию. Технический результат - предотвращение избыточного потребления энергии и исключение потребности в контроллере переключения. Для чего первичная сторона включает в себя устройство (11) питания постоянного тока, питающее устройство (12) и блок (13) питания, а вторичная сторона включает в себя приемный блок (15). Питающее устройство (12) включает в себя: изолирующий трансформатор (24), включающий в себя первичную обмотку (22) с выводом (22а) средней точки, питаемым постоянным током, и вторичную обмотку (23), соединенную с блоком (13) питания; резонансный конденсатор (25), соединенный параллельно со вторичной обмоткой (23) изолирующего трансформатора (24), первый диод (26) и первый стабилитрон (29), которые соединены с одним концом (22b) первичной обмотки (22); второй диод (27) и второй стабилитрон (32), которые соединены с другим концом (22с) первичной обмотки (22); первый транзистор (35), соединенный с первым диодом (26), второй транзистор (36), соединенный со вторым диодом (27). 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система доставки энергии на космические объекты // 2530515

Использование: в области электротехники для доставки энергии на космические объекты в непрерывном режиме. Технический результат - расширение возможностей энергообеспечения космических объектов. Система включает расположенные на носителе источник электромагнитного излучения и антенну слежения и фокусировки на объекте генерируемого источником излучения, при этом источником служит генератор, генерирующий 2-3-миллиметровое электромагнитное излучение мегаваттной (0,5-1 МВт) мощности, в качестве антенны использована быстро перестраиваемая адаптивная излучающая антенна с системой управления, формирующая узконаправленный пучок электромагнитного излучения с гауссовым распределением плотности мощности и обеспечивающая непрерывную фокусировку этого пучка на космическом объекте, с угловой скоростью перемещения не менее 0,01 рад/сек, причем генератор и антенна размещены на носителе, способном поднять генератор, антенну с системой управления и средства обеспечения энергопитания на высоты выше границы флуктуации атмосферы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство для передачи электрической энергии // 2533060

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам и устройствам для передачи электрической энергии. В способе передачи электрической энергии между источником и потребителем энергии с использованием в качестве проводящего канала трубопровода с жидким веществом путем формирования в электроизоляционной оболочке трубопровода электропроводящего канала из вещества в жидкой фазе и создания резонансных колебаний повышенной частоты в цепи, состоящей из высокочастотного преобразователя, повышающего резонансного трансформатора Тесла, электропроводящего канала из электроизолированного трубопровода с жидким веществом, понижающего резонансного трансформатора Тесла, передачи электрической энергии вдоль проводящего канала к понижающему резонансному трансформатору Тесла, понижения потенциала высоковольтных колебаний и передачи энергии через инвертор к нагрузке, электрическую энергию передают по трубопроводу, установленному в водной среде, электроизолированную оболочку трубопровода с внутренним встроенным экраном заполняют водой с повышенным содержанием соли, опускают трубопровод в водную среду и соединяют начало и конец проводящего канала изолированными кабелями с высоковольтными выводами повышающего и понижающего трансформатора Тесла. Также раскрыто устройство для передачи электрической энергии. Изобретение обеспечивает снижение затрат на передачу электроэнергии за счет исключения опор, проводов, изоляторов, кабелей, а также повышение КПД передачи электрической энергии. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Аппаратура беспроводной подачи энергии, транспортное средство и способ управления системой беспроводной подачи энергии // 2535951

Изобретение относится к аппаратуре беспроводной передачи энергии транспортному средству. Технический результат - устранение необходимости наличия датчика расстояния между передатчиком и приемником энергии. Устройство энергоснабжения генерирует энергию, имеющую предварительно заданную частоту. Первичная работающая на собственной резонансной частоте катушка передает энергию бесконтактным образом вторичной работающей на собственной резонансной частоте катушке, посредством резонирования с вторичной работающей на собственной резонансной частоте катушкой через электромагнитное поле. Датчик энергии детектирует отраженную энергию в устройство энергоснабжения. Устройство связи принимает состояние приема энергии транспортного средства. ECU оценивает величину позиционного рассогласования вторичной работающей на собственной резонансной частоте катушки относительно первичной работающей на собственной резонансной частоте катушки на основе состояния приема энергии транспортного средства и отраженной энергии с использованием соотношения, полученного заранее, между состоянием приема энергии и отраженной энергией и величиной позиционного рассогласования. 3 н. и 10 з.п. ф-лы,7 ил.

Способ и устройство для беспроводного электропитания удаленных потребителей электрической энергии по лазерному лучу // 2538160

Изобретение основано на оптическом соединении высоковольтного источника Тесла с потребителем электрической энергии путем направления лазерного луча на потребитель электрической энергии, фотоионизации атмосферы на пути распространения лазерного луча путем увеличения энергии лазерного излучения до энергии фотоионизации составляющих атмосферного воздуха в лазерном луче и после образования в лазерном луче токопроводящего канала - резонансной передаче по нему электрической энергии напряжением десятки ÷ сотни киловольт с использованием резонансного трансформатора Тесла. Технический результат заключается в снижении затрат лазерной энергии на ионизацию воздушной среды и повышении коэффициента передачи электрической энергии по лазерному лучу. При этом токопроводящий канал в атмосфере создают импульсным многочастотным лазерным излучением с периодом следования импульсов, большим времени релаксации плазмы в лазерном луче, разность соседних частот многочастотного лазерного излучения выбирают равной или кратной соответствующим частотам Фраунгоферовых линий поглощения электромагнитного излучения молекулами и/или атомами атмосферного воздуха, длительность лазерных импульсов выбирают не меньшей времени распространения потенциальной волны вдоль лазерного луча, а резонансную частоту передачи высоковольтного напряжения по токопроводящему каналу выбирают в диапазоне единицы ÷ десятки кГц и синхронизируют ее с частотой следования лазерных импульсов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство бесконтактной подачи питания // 2538762

Изобретение относится к бесконтактной подаче питания и включает в себя вторичную обмотку, к которой подается питание из первичной обмотки посредством источника питания переменного тока. Характеристика абсолютного значения импеданса Z1 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны источника питания переменного тока, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны. Характеристика абсолютного значения импеданса Z2 относительно частоты имеет частоту составляющей основной волны, расположенную между частотой, при которой существует локальный максимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны источника питания переменного тока, и частотой, при которой существует локальный минимум и которая является ближайшей к частоте составляющей основной волны. Здесь Z1 указывает импеданс только первичной стороны при просмотре с выходной стороны источника питания переменного тока, и Z2 указывает импеданс только вторичной стороны при просмотре со стороны нагрузки, которая должна быть соединена со вторичной обмоткой. Технический результат - повышение эффективности подачи питания. 6 з.п. ф-лы, 32 ил.

Способ и устройство для передачи электрической энергии // 2544380

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам для передачи электрической энергии. Технический результат состоит в обеспечении передачи электрической энергии в водной среде, снижении затрат на передачу электроэнергии, а также повышении кпд. Создают резонансные колебания повышенной частоты в цепи, состоящей из источника энергии с повышающим высокочастотным трансформатором Тесла и резонансным контуром в низковольтной обмотке. Передают электрическую энергию вдоль проводящего канала к понижающему высокочастотному резонансному трансформатору Тесла, снижают потенциал высоковольтных колебаний и передают электрическую энергию через инвертор к электрической нагрузке. В высоковольтных обмотках повышающего и понижающего трансформатора Тесла создают последовательные резонансные контуры путем соединения высокопотенциальных выводов высоковольтных обмоток трансформаторов Тесла с естественной емкостью в виде сферы, тороида или проводящего тела произвольной формы, настраивают последовательные резонансные контуры в высоковольтных обмотках на общую резонансную частоту контуров в низковольтных обмотках трансформаторов Тесла, размещают понижающий резонансный трансформатор, инвертор и электрическую нагрузку на морском подводном или надводном корабле, соединяют низкопотенциальные выводы высоковольтных обмоток обоих трансформаторов с морской средой, повышают напряжение на повышающем трансформаторе Тесла и создают стационарные волны колебаний электромагнитной энергии в морской среде с резонансной частотой. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.