CN107887695A - 一种具有导引信号发射功能的整流天线 - Google Patents

一种具有导引信号发射功能的整流天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有导引信号发射功能的整流天线，包括第一介质板、第二介质板、第三介质板、微波能量接收天线、微波馈电网络、整流电路、导引信号发射天线、接地板和导引馈电网络；第一介质板、第二介质板、接地板、第三介质板叠置，第一介质板上设有微波能量接收天线和微波馈电网络，微波馈电网络分别与微波能量接收天线和整流电路连通，第二介质板上设有导引信号发射天线，第三介质板上设有导引馈电网络，导引馈电网络分别与导引信号发射天线和导引信号发射机连通。本发明通过双频天线阵列、谐波抑制和射频对消，实现了在同一口面上微波接收整流和导引信号发射，弥补了传统天线位于阵列边缘时测角系统复杂，位于阵列中心时传输效率低的缺陷。

Description

一种具有导引信号发射功能的整流天线
技术领域
本发明涉及一种具有导引信号发射功能的整流天线，尤其适用于同一口面上微波能量的接收整流和导引信号的发射，属于微波无线能量传输技术领域。
背景技术
微波无线能量传输系统中的能量波束的对准主要采用基于导引信号的波束控制技术，通过在微波能量接收整流端发射导引信号，在微波能量发射端接收导引信号，测得接收整流端所在方位后，再利用波束控制技术使微波能量发射波束精确对准接收整流端。
现有技术中，传统的导引信号发射天线多采用与整流天线分离的设计方式。现有的微波能量传输系统中，波束指向控制部分的导引信号发射天线多位于微波能量接收整流天线阵列的边缘或在接收整流阵列的中心占用整流天线的位置。
当导引信号发射天线位于接收整流阵列边缘时，由于导引信号发射天线与接收整流阵列几何位置关系不一致，必须采用测角和测距相结合的手段利用软件化的波束控制方法进行联合解算才能得到接收整流阵列的准确位置，系统复杂运算量较大，无法采用基于模拟共轭电路的自动方向回溯技术。
当导引信号发射天线位于接收整流阵列中心时，占据了微波能量密度最高的部分，影响微波能量接收的效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有导引信号发射功能的整流天线，通过设置双频天线阵列，并结合谐波抑制与射频对消技术，在同一口面上实现了微波能量的接收整流和导引信号的发射，弥补了传统的导引信号发射天线位于接收整流阵列边缘，导致测角系统复杂的缺陷，解决了传统的导引信号发射天线位于接收整流阵列中心，影响能量传输效率的难题。
本发明的技术解决方案是：
一种具有导引信号发射功能的整流天线，包括第一介质板、第二介质板、第三介质板、微波能量接收天线、微波馈电网络、整流电路、导引信号发射天线、接地板和导引馈电网络；第一介质板、第二介质板、接地板、第三介质板依次叠置，第一介质板上分别设有微波能量接收天线和微波馈电网络，微波馈电网络分别与微波能量接收天线和整流电路连通，第二介质板上设有导引信号发射天线，第三介质板上设有导引馈电网络，导引馈电网络分别与导引信号发射天线和导引信号发射机连通。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述第二介质板、接地板和第三介质板上均设有用于导引信号发射天线馈电的通孔，接地板采用铜质材料。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述微波能量接收天线采用方形贴片天线，微波能量接收天线穿设在第一介质板上且不与第二介质板接触，微波能量接收天线工作频率是导引信号发射天线工作频率的两倍，微波能量接收天线与导引信号发射天线之间采用极化方式正交。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述微波能量接收天线包括微波能量接收天线第一单元和微波能量接收天线第二单元；微波能量接收天线第一单元和微波能量接收天线第二单元间隔穿设在第一介质板中部。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述微波能量接收天线两个单元至微波馈电网络的路径差为电磁波导波长的二分之一。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述整流电路用于将微波馈电网络中的微波能量转化成直流能量。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述导引信号发射天线采用方形贴片天线，导引信号发射天线依次穿过第二介质板、接地板、第三介质板后与导引馈电网络连通，导引信号发射天线工作频率与电磁波导工作频率相同。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述导引信号发射天线包括导引信号发射天线第一单元和导引信号发射天线第二单元；导引信号发射天线第一单元和导引信号发射天线第二单元间隔穿设在第二介质板、接地板、第三介质板中部。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述导引馈电网络与导引信号发射天线连通处刻蚀有用于抑制谐波产生的谐波抑制结构。
在上述的一种具有导引信号发射功能的整流天线中，所述谐波抑制结构由四个线组对称搭接而成，每个线组均包括L形线圈和等腰直角三角形线圈；L形线圈和等腰直角三角形线圈相互扣合形成一个矩形线框，矩形线框中设有等腰直角三角形缝隙，等腰直角三角形线圈的直角边长设为电磁波导波长的八分之一。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明通过采用第一介质板、第二介质板、接地板和第三介质板叠置设计的方式，在公共口径面上实现了微波能量接收天线和导引信号发射天线的双频工作，而且微波能量接收天线与导引信号发射天线之间采用极化方式正交，减小了微波能量接收天线与导引信号发射天线之间的相互影响。
【2】本发明合理利用了微波能量信号与导引信号的倍频差，并将微波能量接收天线两个单元至微波馈电网络的路径差设为电磁波导波长的二分之一，使泄露进微波能量接收天线的导引信号反相抵消，使微波能量信号同相叠加，提高了导引信号和微波能量信号之间隔离度，减小了导引信号发射对于整流电路的影响。
【3】本发明的导引馈电网络与导引信号发射天线连通处，即导引信号发射天线的馈点位置刻蚀有用于抑制谐波产生的谐波抑制结构，抑制导引信号发射天线对微波能量信号的响应，可以防止导引信号发射天线接收微波能量信号，影响接收整流的效率。
【4】本发明整体结构紧凑，便于维修和更换，生产成本较低，而且适用于多种工作环境，在复杂工况下依然能够良好运转，具备可操作性强的优势，市场应用前景非常广阔。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的示意图
图2为微波能量接收天线和微波馈电网络的示意图
图3为导引信号发射天线谐波抑制结构示意图
图4为微波能量接收天线回波损耗仿真结果图
图5为导引信号发射天线回波损耗仿真结果图
图6为本实施例微波能量接收天线与导引信号发射天线在2.9GHz处的隔离度仿真结构图
图7为本实施例微波能量接收天线与导引信号发射天线在5.8GHZ处的隔离度仿真结果图
其中：1第一介质板；2第二介质板；3第三介质板；4微波能量接收天线；5微波馈电网络；6整流电路；7导引信号发射天线；8接地板；9导引馈电网络；41微波能量接收天线第一单元；42微波能量接收天线第二单元；61二极管；62电容；63电阻；71导引信号发射天线第一单元；72导引信号发射天线第二单元；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种具有导引信号发射功能的整流天线，包括第一介质板1、第二介质板2、第三介质板3、微波能量接收天线4、微波馈电网络5、整流电路6、导引信号发射天线7、接地板8和导引馈电网络9；第一介质板1、第二介质板2、接地板8、第三介质板3依次叠置，第一介质板1上分别设有微波能量接收天线4和微波馈电网络5，微波馈电网络5分别与微波能量接收天线4和整流电路6连通，第二介质板2上设有导引信号发射天线7，第三介质板3上设有导引馈电网络9，导引馈电网络9分别与导引信号发射天线7和导引信号发射机连通。
优选的，第二介质板2、接地板8和第三介质板3上均设有用于导引信号发射天线7馈电的通孔，接地板8采用铜质材料。
优选的，微波能量接收天线4采用方形贴片天线，微波能量接收天线4穿设在第一介质板1上且不与第二介质板2接触，微波能量接收天线4工作频率f2是导引信号发射天线7工作频率f1的两倍，f2＝2f1，微波能量接收天线4与导引信号发射天线7之间采用极化方式正交。
优选的，微波能量接收天线4包括微波能量接收天线第一单元41和微波能量接收天线第二单元42；微波能量接收天线第一单元41和微波能量接收天线第二单元42间隔穿设在第一介质板1中部。
如图2所示，优选的，微波能量接收天线4两个单元至微波馈电网络5的路径差为电磁波导波长λ0的二分之一，对于泄漏进微波能量接收天线4的频率为f1的导引信号，微波能量接收天线第一单元41和微波能量接收天线第二单元42接收到的泄露信号在整流电路6输入端的相位差为180°，产生了反相抵消，大幅削弱了泄漏进整流电路6的导引信号，避免了对整流电路6造成影响。对于频率为2f1的微波能量信号，微波能量接收天线第一单元41和微波能量接收天线第二单元42接收到的微波能量在整流电路6输入端的相位差为360°，产生了同相叠加，所以，微波馈电网络5并不会使微波能量信号减弱，借此提升导引信号和微波能量信号之间的隔离度。
优选的，整流电路6用于将微波馈电网络5中的微波能量转化成直流能量，整流电路6包括二极管61、电容62和电阻63；微波馈电网络5分别与二极管61、电容62和电阻63连接，二极管61、电容62和电阻63并联后接地。
优选的，导引信号发射天线7采用方形贴片天线，导引信号发射天线7依次穿过第二介质板2、接地板8、第三介质板3后与导引馈电网络9连通，导引信号发射天线7工作频率f1与电磁波导工作频率f0相同。
优选的，导引信号发射天线7包括导引信号发射天线第一单元71和导引信号发射天线第二单元72；导引信号发射天线第一单元71和导引信号发射天线第二单元72间隔穿设在第二介质板2、接地板8、第三介质板3中部。
如图3所示，优选的，导引馈电网络9与导引信号发射天线7连通处刻蚀有用于抑制谐波产生的谐波抑制结构。
优选的，谐波抑制结构由四个线组对称搭接而成，每个线组均包括L形线圈和等腰直角三角形线圈；L形线圈和等腰直角三角形线圈相互扣合形成一个矩形线框，矩形线框中设有等腰直角三角形缝隙，等腰直角三角形线圈的直角边长设为电磁波导波长λg的八分之一，λg为所需抑制频率的电磁波在介质中的波导波长，此时所需抑制的频率为2f0，能够有效避免微波能量信号被导引信号发射天线7所吸收而影响微波能量接收整流效率。
如图4～5所示，对导引信号工作频率为f1＝2.9GHz和接收整流工作频率为f2＝5.8GHz的具有导引信号发射功能的整流天线进行仿真研究，微波能量接收天线4和导引信号发射天线7均采用方形贴片设计，通过在贴片不同对角切角，实现左旋圆极化和右旋圆极化，微波能量接收天线第一单元41和微波能量接收天线第二单元42通过微波馈电网络5到整流电路6输入端的路径差为33.3mm，导引信号发射天线7位于第二介质板2上，通过微带线经过金属化通孔馈电，在馈电点处刻蚀了谐波抑制结构，用于抑制5.8GHz信号，由仿真结果可以看出，加入了谐波抑制结构之后，5.8GHz信号得到了很好的抑制，。
如图6～7所示，微波能量接收天线4和导引信号发射天线7之间在2.9GHz和5.8GHz的隔离度仿真结果，在采用了射频对消和谐波抑制结构之后均可达到40以上，避免了2.9GHz信号进入整流电路影响电路工作状态，也同时避免了导引信号发射天线7吸收5.8GHz的微波能量，影响接收整流效率。本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：包括第一介质板(1)、第二介质板(2)、第三介质板(3)、微波能量接收天线(4)、微波馈电网络(5)、整流电路(6)、导引信号发射天线(7)、接地板(8)和导引馈电网络(9)；第一介质板(1)、第二介质板(2)、接地板(8)、第三介质板(3)依次叠置，第一介质板(1)上分别设有微波能量接收天线(4)和微波馈电网络(5)，微波馈电网络(5)分别与微波能量接收天线(4)和整流电路(6)连通，第二介质板(2)上设有导引信号发射天线(7)，第三介质板(3)上设有导引馈电网络(9)，导引馈电网络(9)分别与导引信号发射天线(7)和导引信号发射机连通。
2.根据权利要求1所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述第二介质板(2)、接地板(8)和第三介质板(3)上均设有用于导引信号发射天线(7)馈电的通孔，接地板(8)采用铜质材料。
3.根据权利要求1所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述微波能量接收天线(4)采用方形贴片天线，微波能量接收天线(4)穿设在第一介质板(1)上且不与第二介质板(2)接触，微波能量接收天线(4)工作频率是导引信号发射天线(7)工作频率的两倍，微波能量接收天线(4)与导引信号发射天线(7)之间采用极化方式正交。
4.根据权利要求3所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述微波能量接收天线(4)包括微波能量接收天线第一单元(41)和微波能量接收天线第二单元(42)；微波能量接收天线第一单元(41)和微波能量接收天线第二单元(42)间隔穿设在第一介质板(1)中部。
5.根据权利要求4所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述微波能量接收天线(4)两个单元至微波馈电网络(5)的路径差为电磁波导波长的二分之一。
6.根据权利要求1所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述整流电路(6)用于将微波馈电网络(5)中的微波能量转化成直流能量。
7.根据权利要求1所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述导引信号发射天线(7)采用方形贴片天线，导引信号发射天线(7)依次穿过第二介质板(2)、接地板(8)、第三介质板(3)后与导引馈电网络(9)连通，导引信号发射天线(7)工作频率与电磁波导工作频率相同。
8.根据权利要求7所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述导引信号发射天线(7)包括导引信号发射天线第一单元(71)和导引信号发射天线第二单元(72)；导引信号发射天线第一单元(71)和导引信号发射天线第二单元(72)间隔穿设在第二介质板(2)、接地板(8)、第三介质板(3)中部。
9.根据权利要求1所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述导引馈电网络(9)与导引信号发射天线(7)连通处刻蚀有用于抑制谐波产生的谐波抑制结构。
10.根据权利要求9所述的一种具有导引信号发射功能的整流天线，其特征在于：所述谐波抑制结构由四个线组对称搭接而成，每个线组均包括L形线圈和等腰直角三角形线圈；L形线圈和等腰直角三角形线圈相互扣合形成一个矩形线框，矩形线框中设有等腰直角三角形缝隙，等腰直角三角形线圈的直角边长设为电磁波导波长的八分之一。
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