CN108232435A - 一种用于无线能量采集的阵列天线 - Google Patents

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柯峰
陈俊聪
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Abstract

本发明公开了一种用于无线能量采集的阵列天线，包括介质基板，所述介质基板上表面的四个角分别设置矩形贴片单元，所述矩形贴片单元由开有U型槽的矩形贴片构成，所述介质基板的上表面设置H型参考地，下表面设置H型微带传输线，所述H型微带传输线位于H型参考地相对应的介质基板下表面位置。本发明在工作频带内具有较宽的带宽、较高的增益，非常适合用于无线能量的采集。

Description

一种用于无线能量采集的阵列天线
技术领域
本发明涉及无线能量传输领域，具体涉及一种用于无线能量采集的阵列天线。
背景技术
当今世界，无线通信技术迅速发展，但随着科技的发展，我们逐渐感到电池电量、环境因素等多方面问题制约着无线通信发展的步伐。因此，研发出一种可以应对复杂环境、快速补充能量的技术已受到越来越多的人的关注，无线携能技术也开始渐渐发展起来。
国内外在携能通信方面都有不少突破，人们不再满足于传输信号，转而希望在传输信号的时候可以传输能量，进而充分利用信号中的宝贵能量。携能天线是用来接收携带能量的信号并进一步通过电路来提取信号中的能量，以实现无线携能信号的接收。
天线是无线能量采集的关键。在进行无线能量采集时，需要接收天线具有较宽的带宽，较高的增益。从而提高无线能量采集的效率。一般情况，将单个天线组合成阵列天线可提高天线的性能，按照一定的方法进行优化，可获得更高的增益与更宽的带宽。
发明内容
为了克服单个天线带宽较窄、增益较小的缺点与不足，本发明提出一种用于无线能量采集的阵列天线。
本发明采用如下技术方案：
一种用于无线能量采集的阵列天线，包括介质基板，所述介质基板上表面的四个角分别设置矩形贴片单元，所述矩形贴片单元由开有U型槽的矩形贴片构成，所述介质基板的上表面设置H型参考地，下表面设置H型微带传输线，所述H型微带传输线位于H型参考地相对应的介质基板下表面位置。
所述U型槽位于矩形贴片的中心位置，所述矩形贴片的中心点开有圆孔，用于通过天线探针贯穿矩形贴片单元及介质基板与H型微带传输线连接。
所述H型微带传输线包括阻抗转换器及微带线，所述H型微带传输线包括两侧竖直微带线及垂直于两侧竖直微带线之间的水平微带线，所述两侧竖直微带线的两端及水平微带线的两端均设置阻抗转换器。
介质基板的中心点为馈电点，采用同轴馈电方式馈电。
四个矩形贴片单元中的U型槽的开口方向一致，U型槽的两个内角为直角。
U型槽底边长为10～11mm，侧边长为9～10mm，槽宽为0.8～1.2mm，底边距离矩形贴片边缘1～1.2mm，侧边距离矩形贴片边缘4～5mm。
所述圆孔的半径为0.3～0.5mm。
本发明的有益效果：
本发明阵列天线与单个天线相比，能有效拓宽天线带宽，提高接收增益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中矩形贴片的放大图；
图3是图1中介质基板H型参考地的结构示意图；
图4是图1中介质基板下表面的结构示意图；
图5是本发明实施例的反射系数仿真结果图；
图6是本发明实施例在2.4G时的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1-图4所示，一种用于无线能量采集的阵列天线，包括介质基板3，所述介质基板上表面的四个角分别设置由介电常数10.2的RO3010材料制作矩形贴片单元1，四个矩形贴片单元1结构相同，所述矩形贴片单元由开有U型槽的矩形贴片2构成，所述U型槽为直角槽，本实施例中四个U型槽的开口方向啊相同，均朝上。U型槽底边长为10.2mm，侧边长为9.6mm，槽宽为1mm，底边距离辐射贴片边缘1mm，侧边距离矩形贴片边缘4.4mm。矩形贴片采用铜作为材质，厚度为0.03mm。
所述介质基板采用介电常数为3的R03003制作正方形介质基板，正方形介质基板的边长为120mm，厚度为0.76mm。
所述介质基板的上表面还设置H型参考地4，下表面设置H型微带传输线5，所述H型微带传输线位于H型参考地相对应的介质基板下表面位置。
四个矩形贴片单元的边长为40mm，每个矩形贴片的中心设有半径为0.4mm的圆孔，用于通过天线探针贯穿矩形贴片单元及介质基板与H型微带传输线连接。
H型参考地中，四个端口分别连接四个正方形区域，正方形区域的大小与矩形贴片一致，连接四个正方形区域之间的线宽为3-5mm。
所述H型微带传输线包括阻抗转换器6及微带线7，所述H型微带传输线包括两侧竖直微带线及垂直于两侧竖直微带线之间的水平微带线，所述两侧竖直微带线的两端及水平微带线的两端均设置阻抗转换器。
所述介质基板开有中心点作为馈电，采用同轴馈电方式馈电。
采用的材质均为铜。上下走向的阻抗转换器的宽度为2.7mm，长度为20.8mm，左右走向的阻抗转换器宽度为3.1mm，长度为14mm，微带线的宽度为1.8mm。
如图5-图6所示，对设计好的阵列天线进行仿真，可以得到阵列天线在2.4GHz工作频率附近具有接近250MHz的-10dB带宽，增益达10.7dbi。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于无线能量采集的阵列天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板上表面的四个角分别设置矩形贴片单元，所述矩形贴片单元由开有U型槽的矩形贴片构成，所述介质基板的上表面设置H型参考地，下表面设置H型微带传输线，所述H型微带传输线位于H型参考地相对应的介质基板下表面位置。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述U型槽位于矩形贴片的中心位置，所述矩形贴片的中心点开有圆孔，用于通过天线探针贯穿矩形贴片单元及介质基板与H型微带传输线连接。
3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述H型微带传输线包括阻抗转换器及微带线，所述H型微带传输线包括两侧竖直微带线及垂直于两侧竖直微带线之间的水平微带线，所述两侧竖直微带线的两端及水平微带线的两端均设置阻抗转换器。
4.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，介质基板的中心点为馈电点，采用同轴馈电方式馈电。
5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，四个矩形贴片单元中的U型槽的开口方向一致。
6.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，U型槽底边长为10～11mm，侧边长为9～10mm，槽宽为0.8～1.2mm，底边距离矩形贴片边缘1～1.2mm，侧边距离矩形贴片边缘4～5mm。
7.根据权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述圆孔的半径为0.3～0.5mm。
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