CN105977625B - 一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，包括介质基片，以及印刷在介质基片表面的微带阵列天线；微带阵列天线由加载了紧凑型微带谐振单元的微带线馈电，可以避免天线的高次谐波辐射损耗；同时采用了小型化高隔离的功分器。本发明可用于微波输能系统中，其优点是适用于系统的平面小型化、低成本、易于集成、高效率。

Description

一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线
技术领域
本发明属于天线设计领域，尤其涉及一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线。
背景技术
随着石油和煤炭等不可再生资源日益短缺和半导体电子技术的飞速发展，微波能量传输技术(Microwave Power Transmission,MPT)越发的受到人们的重视和研究，而微波整流天线技术就是其中的最关键技术之一。
整流天线具体工作原理是通过接收天线接收空间中的微波能量，将能量经由整流电路转化为直流，所以接收天线的设计对整流天线的性能影响重大。目前接收天线的形式主要有单极子，平面印刷偶极子和微带天线等几种，其中微带天线由于其体积小，增益高等优点被广泛应用于整流天线中接收天线的设计。为了克服传统接收天线的二次以及高次谐波辐射进而降低接收整流效率，现有采用特殊的“H”型结构加载至接收天线中来抑制高次谐波(见Song C,Huang Y,Zhou J,et al.“A High-efficiency Broadband Rectenna forAmbient Wireless Energy Harvesting”.IEEE Transactions on Antennas&Propagation2015)，从而提高接收效率，但是其是多层结构，不利于天线的集成。同时通常需要对微带天线进行组阵进而提高增益(见Sakamoto T,Ushijima Y,Nishiyama E,et al.“5.8-GHzSeries/Parallel Connected Rectenna Array Using Expandable DifferentialRectenna Units”.IEEE Transactions on Antennas&Propagation,2013)，但是其采用的是传统简单的T型功分器，隔离度低，平面体积大。
这里提出的具有谐波抑制功能的微带阵列天线专门应用于整流天线的接收天线，采用小型化高隔离的功分器，同时在馈线处加载具有抑制谐波的紧凑型微带谐振单元，具有体积小，平面化，接收效率高等优点。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，克服现有整流天线中接收天线体积大，不易集成，二次辐射严重的缺点。
本发明的技术方案是：一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，包括介质基片，以及印刷在介质基片表面的微带阵列天线。微带阵列天线包括微带馈线、一分四功分器以及第一微带贴片天线、第二微带贴片天线、第三微带贴片天线和第四微带贴片天线。一分四功分器包括一个小型化的一分二功分器以及第一一分二威尔金森功分器和第二一分二威尔金森功分器。微带馈线与小型化的一分二功分器的输入端相连，小型化的一分二功分器的输出端分别与第一一分二威尔金森功分器和第二一分二威尔金森功分器的输入端相连，第一一分二威尔金森功分器的输出端分别与第一微带贴片天线和第二微带贴片天线相连，第二一分二威尔金森功分器的输出端分别与第三微带贴片天线和第四微带贴片天线相连。
进一步的，微带馈线加载紧凑型微带谐振单元，可以抑制高次谐波。其中谐振单元可以采用上下对称或者不对称的等效LC并联谐振结构。
进一步的，小型化的一分二功分器包括一个100欧姆的隔离电阻和一个补偿电容，小型化的一分二功分器的弧形枝节长度为微带阵列天线的四分之一工作波长，输出端微带线长度根据第一微带贴片天线的宽度调节。补偿电容值由微带阵列天线的工作频率决定。
本发明的优点和有益效果：
(1)本发明基于微带结构实现，采用印刷电路技术，同时采用小型化高隔离的功分器代替传统的威尔金森功分器，体积小，成本低。
(2)本发明的微带馈线加载有谐波抑制的谐振单元，可以避免后端整流电路产生的谐波被损耗，提高整流天线的性能。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是微带谐振单元211，隔离电阻224和补偿电容225的结构示意图。
图3是本发明的仿真S11图。
图4是本发明的仿真增益图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1-4所示，一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，包括介质基片，以及印刷在介质基片1表面的微带阵列天线2。介质基片1使用厚0.5mm，介电常数为3.5，损耗正切角为0.0018，铜层厚度为0.018mm的RF35介质基片，尺寸为145*110mm。微带阵列天线2包括微带馈线21、一分四功分器22以及第一微带贴片天线23、第二微带贴片天线24、第三微带贴片天线25和第四微带贴片天线26，贴片天线工作于2.45GHz，尺寸为32*42mm，采用微带馈线插入贴片式馈电，插入深度为10mm，贴片开槽宽度为4mm。一分四功分器22包括一个小型化的一分二功分器221以及第一一分二威尔金森功分器222和第二一分二威尔金森功分器223。微带馈线21与小型化的一分二功分器221的输入端相连，小型化的一分二功分器221的输出端分别与第一一分二威尔金森功分器222和第二一分二威尔金森功分器223的输入端相连，第一一分二威尔金森功分器222的输出端分别与第一微带贴片天线23和第二微带贴片天线24相连，第二一分二威尔金森功分器223的输出端分别与第三微带贴片天线25和第四微带贴片天线26相连。
进一步的，微带馈线21加载紧凑型微带谐振单元211，可以抑制高次谐波；谐振单元211采用上下对称形式的等效LC并联谐振微带线结构。
进一步的，小型化的一分二功分器221包括一个100欧姆的隔离电阻224和一个0.7pF的补偿电容225，小型化的一分二功分器221的弧形枝节长度为微带阵列天线2的四分之一工作波长，输出端微带线长度根据第一微带贴片天线23的宽度设计为13mm；补偿电容值由微带阵列天线的工作频率决定。
仿真结果表明，该具有谐波抑制功能的微带阵列天线工作频率为2.45GHz，增益约为10dB，回波损耗小于-15dB，二次谐波和三次谐波频率处S11分别为-0.17dB和-0.26dB，而在4-8GHz频率范围内有很好的高次谐波抑制效果。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，包括介质基片(1)，以及印刷在介质基片(1)表面的微带阵列天线(2)，其特征在于：所述微带阵列天线(2)包括微带馈线(21)、一分四功分器(22)以及第一微带贴片天线(23)、第二微带贴片天线(24)、第三微带贴片天线(25)和第四微带贴片天线(26)；一分四功分器(22)包括一个小型化的一分二功分器(221)以及第一一分二威尔金森功分器(222)和第二一分二威尔金森功分器(223)；微带馈线(21)与小型化的一分二功分器(221)的输入端相连，小型化的一分二功分器(221)的输出端分别与第一一分二威尔金森功分器(222)和第二一分二威尔金森功分器(223)的输入端相连，第一一分二威尔金森功分器(222)的输出端分别与第一微带贴片天线(23)和第二微带贴片天线(24)相连，第二一分二威尔金森功分器(223)的输出端分别与第三微带贴片天线(25)和第四微带贴片天线(26)相连；所述微带馈线(21)加载紧凑型微带谐振单元(211)，可以抑制高次谐波；所述谐振单元(211)既可以采用上下对称也可以采用上下不对称的等效LC并联谐振结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带阵列天线，其特征在于：所述小型化的一分二功分器(221)包括一个100欧姆的隔离电阻(224)和一个补偿电容(225)，所述小型化的一分二功分器(221)的弧形枝节长度为微带阵列天线(2)的四分之一工作波长，输出端微带线长度根据第一微带贴片天线(23)的宽度调节；补偿电容值由微带阵列天线的工作频率决定。
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