CN106299617A - 一种基于空气隙的高增益微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于空气隙的高增益微带天线，包括地板、辐射板、支柱和同轴馈电的SMA头，其中地板与辐射板平行设置，地板与辐射板之间留有作为空气隙存在的间距，地板通过绝缘支柱与辐射板连接；同轴馈电的SMA头的探针穿出地板后，与辐射板连接。
Description
技术领域
本发明涉及无线能量传输领域，更具体地，涉及一种基于空气隙的高增益微带天线。
背景技术
微波能量传输技术(MPT，Microwave Power Transmission)是一种在真空或者自由空间中，利用微波为载体进行能量传输的传输技术。自1890年Nikola Tesla进行无线电能传输实验，及20世纪60年代Raytheon公司的W.C.Brown从事了大量无线电能传输的研究至今，MPT技术受到越来越广泛的关注，并被逐步应用于能量采集、射频识别和无线传感等领域。
天线(Antenna)是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或者换能器件。天线是任何无线系统必不可少的组成器件，而作为MPT系统的核心部分之一，微带天线一直以来都是MPT技术研究领域的一大热点。
但由于传统的微带天线具有体积大、成本高、辐射效率低等缺陷，使得其在较多的应用场合中受到限制。
发明内容
本发明为解决以上现有技术的至少一种缺陷，提供了一种尺寸小、增益高、辐射效率高、方向性好的微带天线。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于空气隙的高增益微带天线，包括地板、辐射板、支柱和同轴馈电的SMA头，其中地板与辐射板平行设置，地板与辐射板之间留有作为空气隙存在的间距，地板通过支柱与辐射板连接；同轴馈电的SMA头的探针穿出地板后与辐射板连接。
上述方案中，辐射板构成辐射单元，地板构成地平面，辐射单元、地平面之间采用同轴馈电的方式进行激励。当微带天线接收到微波能量时，微波能量经由同轴馈电的SMA头进行输出，进行下一步的处理。
本发明提供的微带天线采用空气隙结构，有利于抑制各元素间杂散波的串扰，易于组阵。实验证明，本发明提供的微带天线在使用时的增益高、方向性好、辐射效率高，适用于各类无线通信应用领域。
优选地，所述地板包括介质层和覆铜层，介质层的底面与覆铜层的顶面贴合；所述辐射板包括介质层和覆铜层，介质层的顶面与覆铜层的底面贴合；同轴馈电的SMA头的探针依次穿出地板的覆铜层、地板的介质层、辐射板的介质层后与辐射板的覆铜层连接。地板的覆铜层构成地平面，辐射板的覆铜层构成辐射单元，两覆铜层之间间隔着两层介质层和空气隙，由此，两覆铜层之间的相对介电常数减少，有利于抑制各元素间的杂散波串扰，易于组阵。
优选地，所述地板的横向剖面呈正方形，其长为18.5mm，宽为18.5mm，地板的厚度为0.8mm；所述辐射板的横向剖面呈圆形，其半径为5.9mm，辐射板的厚度为0.25mm。
优选地，所述辐射板和地板均采用聚四氟乙烯单面覆铜板。
优选地，所述地板的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015；所述辐射板的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015。
优选地，所述地板的中心与辐射板的中心对准；所述微带接收天线包括四根支柱，四根支柱均匀分布在以地板中心为圆心的圆周方向上，四根支柱的两端分别与地板、辐射板连接。
优选地，所述支柱由聚四氟乙烯材料制成。
优选地，所述支柱制成正方体状，其尺寸为2mm×2mm×2mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明提供的微带天线的体积尺寸小，适用于各类无线通信应用领域。
2)本发明提供的微带天线的增益高、方向性好；作用距离远、穿透能力强；抗干扰能力强。
3)本发明提供的微带天线的辐射效率高，使得接收的微波能量得以充分利用。
4)本发明提供的微带天线采用空气隙结构，有利于抑制各元素间杂散波的串扰，易于组阵。
附图说明
图1为微带天线的俯视图。
图2为微带天线的纵向剖面示意图。
图3为微带天线在不同频段的最优反射系数曲线图。
图4为微带天线在不同频段的方向增益曲线图。
图5为微带天线在不同频段的辐射效率曲线图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2所示，基于空气隙6的高增益微带天线包括地板1、辐射板2、支柱4和同轴馈电的SMA头5，其中地板1与辐射板2平行设置，地板1与辐射板2之间留有作为空气隙6存在的间距，地板1通过支柱4与辐射板2连接；同轴馈电的SMA头的探针3穿出地板1后与辐射板2连接。
其中，所述地板1的横向剖面呈正方形，其长为18.5mm，宽为18.5mm，地板1的厚度为0.8mm；所述辐射板2的横向剖面呈圆形，其半径为5.9mm，辐射板2的厚度为0.25mm。地板1的中心与辐射板2的中心对准；所述微带接收天线包括四根支柱4，如图1所示，分别为支柱41、支柱42、支柱43、支柱44；四根支柱4均匀分布在以地板1中心为圆心的圆周方向上，四根支柱4的两端分别与地板1、辐射板2连接。地板1的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015；所述辐射板2的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015。支柱4由聚四氟乙烯材料制成。所述支柱4制成正方体状，其尺寸为2mm×2mm×2mm。
上述方案中，辐射板2构成辐射单元，地板1构成地平面，辐射单元、地平面之间采用同轴馈电的方式进行激励。当微带天线接收到微波能量时，微波能量经由同轴馈电的SMA头5进行输出，进行下一步的处理。
本发明提供的微带天线采用空气隙6结构，有利于抑制各元素间杂散波的串扰，易于组阵。实验证明，本发明提供的微带天线在使用时的增益高、方向性好、辐射效率高，适用于各类无线通信应用领域。
本实施例中，如图1所示，地板1包括介质层11和覆铜层12，介质层11的底面与覆铜层12的顶面贴合；所述辐射板2包括介质层21和覆铜层22，介质层21的顶面与覆铜层22的底面贴合；同轴馈电的SMA头的探针3依次穿出地板1的覆铜层12、地板1的介质层11、辐射板2的介质层21后，与辐射板2的覆铜层22连接。地板1的覆铜层12构成地平面，辐射板2的覆铜层22构成辐射单元，两覆铜层之间间隔着两层介质层和空气隙6，由此，两覆铜层之间的相对介电常数减少，有利于抑制各元素间的杂散波串扰，易于组阵。本实施例中，辐射板2和地板1均采用聚四氟乙烯单面覆铜板。
实施例2
本实施例对实施例1提供的微带天线进行了具体的实验，其实验结果如图3、4、5所示。
如图3所示，实施例1提供的微带天线在谐振频率5.8GHz附近有最优反射系数S11＝-24.5dB。
如图4所示，实施例1提供的微带天线在谐振频率5.8GHz附近的增益Gain＝8.4dB。频率5.6GHz至频率5.9GHz频段为MPT技术的常用ISM频段，在此频段，微带天线的增益大概在7.8dB～8.4dB。
如图5所示，图5为微带天线在不同频段的辐射效率曲线图。频率5.6GHz至频率5.9GHz频段为MPT技术的常用频段，在此频段，微带天线的辐射效率大概范围为86％～92％。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：包括地板、辐射板、支柱和同轴馈电的SMA头，其中地板与辐射板平行设置，地板与辐射板之间留有作为空气隙存在的间距，地板通过支柱与辐射板连接；同轴馈电的SMA头的探针穿出地板后与辐射板连接。
2.根据权利要求1所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述地板包括介质层和覆铜层，介质层的底面与覆铜层的顶面贴合；所述辐射板包括介质层和覆铜层，介质层的顶面与覆铜层的底面贴合；同轴馈电的SMA头的探针依次穿出地板的覆铜层、地板的介质层、辐射板的介质层后与辐射板的覆铜层连接。
3.根据权利要求2所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述地板的横向剖面呈正方形，其长为18.5mm，宽为18.5mm，地板的厚度为0.8mm；所述辐射板的横向剖面呈圆形，其半径为5.9mm，辐射板的厚度为0.25mm。
4.根据权利要求2所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述辐射板和地板均采用聚四氟乙烯单面覆铜板。
5.根据权利要求3所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述地板的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015；所述辐射板的介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015。
6.根据权利要求3所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述地板的中心与辐射板的中心对准；所述微带接收天线包括四根支柱，四根支柱均匀分布在以地板中心为圆心的圆周方向上，四根支柱的两端分别与地板、辐射板连接。
7.根据权利要求6所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述支柱由聚四氟乙烯材料制成。
8.根据权利要求7所述的基于空气隙的高增益微带天线，其特征在于：所述支柱制成正方体状，其尺寸为2mm×2mm×2mm。
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