СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕКТЕННЫ
METHOD OF MAKING RECTENNA

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 настройки при одновременном удешевлении массового производства.
Известен способ соединения приемно-выпрямительных ячеек ректенны по патенту РФ №1814746 от 05.10.1989, согласно которому формируют решетку приемных элементов из диодов и проводников в виде кольцевых зон, ячейки соединяют в группы параллельно, а группы соединяют последовательно к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока. Известный способ обеспечивает эффективную работу ректенны в СВЧ диапазоне, но в области инфракрасного и видимого излучения малоэффективен ввиду невозможности настройки ректенны в резонанс с частотой воспринимаемого излучения.
Известен способ изготовления ректенны, согласно которому решетку проводящих элементов изготавливают в виде вибраторов из колинеарно расположенных полых проводящих труб с вырезами, в которых установлены диоды (А.С. СССР №1628133 от 29.07.1988). Данный способ позволяет значительно повысить надежность ректенны за счет упрощения конструкции, но он неприемлем для приема энергии в тепловом диапазоне излучений ввиду технологических трудностей изготовления труб нужного размера.
Известен способ передачи энергии в вакууме, согласно которому прием энергии ведут в ректенне с использованием большого количества 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 способа является использование диодов Шоттки как наиболее ненадежных элементов технологии приема энергии.
Известен способ изготовления ректенны, согласно которому формируют 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). Известный способ выбран 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 способе изготовления ректенны, согласно которому формируют решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока, по крайней мере, некоторые проводники выполняют в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно с взаимным перекрытием наносят кольцевой слой металла, затем - кольцевой слой диэлектрика, затем - кольцевой слой другого металла, и вновь - кольцевой слой первого металла для формирования последовательной цепи диодов МДМ структуры, при этом формирование решетки обеспечивают путем взаимного переплетения указанных нитей.
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. И связывают между собой одним из способов переплетения нитей, например наподобие сетки рабицы, или другим способом переплетения нитей, которые применяются при производстве текстиля и трикотажа. В результате ректенну можно ткать или вязать, как трикотаж.
Из полученного в результате вязки полотнища можно изготавливать оболочки и конструкционные несущие элементы, которые найдут применение в космической технике.
Изобретение поясняется чертежами, на которых: на Фиг.1 показана диэлектрическая нить с напыленными слоями в разрезе. На фиг.2 показана часть ректенны.
Пример реализации способа.
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 покрывающие нить 1 слои следуют в указанном порядке. Взаимные перекрытия слоев 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 нити 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 для взаимного перемещения последних в виде, например, гидроцилиндра 10 со штоком 11, которые присоединены соответственно к шине 7 и шине 8. Раздвигая и сближая шины 7, 8 гидроцилиндром 10 относительно друг друга, 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 кпд относительно плоского в плане прототипа.