一种基于空气隙的高增益微带天线制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
微波能量传输技术(MPT，MicrowavePowerTransmission)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NikolaTesla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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现以上专利技术目的，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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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专利技术做进一步的阐述。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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定。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。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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0.25m...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，付超，区俊辉，吴宙真，
申请(专利权)人：中山大学，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44