一种双频圆极化整流天线制造技术

本发明专利技术提供一种双频圆极化整流天线，属于通信技术领域。涉及的双频圆极化整流天线包含接收双频圆极化天线和整流电路。接收双频圆极化天线采用两个方环形缝隙激励不同模和角形微带馈电技术实现双频圆极化天线设计。接收双频圆极化天线与整流电路直接连接，且两个肖特基二极管分别安装在主从支路，构成双频圆极化整流天线，以接收不确定的空间波。所设计的双频圆极化整流天线采用电感提高转换效率，具有成本低、结构紧凑、效率高、易于实现系统集成，为能量收集和无线充能提供了一种高效能量转换系统。换系统。换系统。

【技术实现步骤摘要】
一种双频圆极化整流天线


[0001]本专利技术涉及一种双频圆极化整流天线，属于通信


技术介绍

[0002]随着通信系统的飞速发展和电磁波与微波技术的广泛应用，新兴的物联网已经广泛应用于医疗卫生服务、环境监测和制造业等诸多领域。物联网可以建立一个巨大的信息网络，该网络基于各种传感设备，如射频识别设备、无线传感器、全球定位系统和其他电子设备。随着物联网的普及，低功耗传感设备几乎随处可见，这需要大量的维护成本，因为电池需要充电或更换。此外，这些电子设备在大多数情况下应该便于携带和自我维持。因此，迫切需要无线充电。目前，已经对充电用无线电力传输进行了大量的研究。此外，电磁波的辐射，在空间产生了巨大的能量损耗，如何能有效地利用电磁波在空间的垃圾，有效提高电磁波的利用率，是目前无线充电的一种重要解决方案。微波功率传输(MPT:Microwave Power Transmission)通过在远场收集电磁环境辐射的空间能量，为物联网设备或者是移动终端进行远距离充电，是无线设备长续航的解决方案之一。整流天线是收集环境射频能量的关键元件，其重点是提取和转换由电磁波辐射设备、无线电塔和广播站产生的射频信号。通过利用各种来源的可用射频设备，对电子设备进行无线供电。近年来研究者们设计了各种类型的整流天线，随着越来越多的通信频段的出现，多频段和宽带整流天线得到了广泛的发展和研究。此外，为了向小型飞机和无人机提供能量，传统的整流天线不能有效的满足移动目标的需求，且空间电磁波的极化旋转和变化会影响接收的性能。设计多频段圆极化整流天线可以有效地解决目前整流天线面临的难题，不幸的是，由于二极管和电路拓补结构的限制，传统的整流天线只能在窄输入功率范围内实现高频－直流转换效率。此外，通常天线和整流器通过SMA连接器连接，给系统带来额外的尺寸和重量。由于无人机等飞行设备的有效载荷有限，整流天线的外形需要缩小。那么设计双频圆极化整流天线不失为一种解决该问题的良好措施，且可以在天线基板的背面部署整流电路，使结构更加紧凑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提出一种双频圆极化整流天线，以实现收集环境中射频能量的目的。本专利技术提供的双频圆极化天线，可覆盖两个5G通信波段，并且能收集多种极化的入射波，减少5G能量的外向辐射，有效利用5G的能量，整流电路可以实现两个频段的整流，且只有一个负载(109)，可以有效减少电路元件带来的损耗，实现紧凑、高效能量转化和能量收集，拓展5G的应用。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：包括接收双频圆极化天线和整流电路两个部分；双频圆极化天线包括介质基板102、分别设置在介质基板102两侧的同心方环形缝隙辐射单元101和微带馈电103；整流电路设置在介质基板102上且与微带馈电103同侧，包括双频阻抗匹配网络104、二极管D1105、二极管D2106、电感107、扇形枝节108、负载109、微带传输线110，接收双频圆极化天线的输出端微带馈电103与整流电路的输入端的双频阻抗匹配网络
104相连，整流电路各部分通过微带传输线110相连接。
[0005]本专利技术还包括这样一些结构特征：
[0006]1.同心方环形缝隙辐射单元为两个同心方环形缝隙，且位于外部的方环形缝隙一对边上设置有方形凸起，内部的方环形缝隙另一对边上设置有方形凹槽。
[0007]2.当输入功率较低时，即电压低于二极管D2106的阈值电压，高于二极管D1105阈值电压时二极管D2106不能导通，二极管D1105开始工作；由于电感107的作用，没有射频功率可以直接传送到负载，射频功率主要流经二极管D1105整流，整流后的直流电可以输送给负载；中间的电感可以用作射频扼流圈，使高次谐波信号返回二极管D1105，并将谐波功率转换为直流功率；当输入功率较高时，即电压高于二极管D2106的阈值电压，且二极管D1105击穿电压时，两个二极管同时工作，将射频能量整流后传给负载109。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所设计的整流天线的双频带和圆极化以及整流天线结构的一体化设计，取代传统用SMA连接器连接接收天线和整流天线，进一步提高了天线的效率。接收双频圆极化天线采用近场耦合馈电方式，可以将整流电路直接连接在接收双频圆极化天线的馈电输出端口，以实现天线和整流电路的集成，达到低剖面，小型化的设计目的。5G通信环境中的射频能量受到环境变化的影响，经过环境中传播后经历一些反射会以多种极化方式存在，会发生极化旋转等现象。而本专利技术中的双频圆极化天线具有圆极化特性，能收集多种极化的入射波。除此以外，环境中的射频能量密度很低，可以通过所设计的方式提高接收的效率。本专利技术中整流电路采用一种新颖的协同电路拓补结构，在宽输入功率范围内表现为高转换效率。两种不同的二极管分别工作于各自的功率范围内，协同整流射频功率，以扩展输入功率范围。可以同时满足无线能量传输和射频能量收集的需要。
[0009]本专利技术中的接收双频圆极化天线采用近场耦合馈电方式，对印刷在介质板102上侧的金属面开两个方环形缝隙，并改变方环形缝隙对角处的缝隙宽度形成微扰，从而分离主模得到形成圆极化辐射所必需的两个临近的简并模，通过调节相应参数，实现双频圆极化天线设计。四个方形扰动结构关于微带馈电103对称放置，从而形成双频圆极化辐射。与普通贴片天线相比，缝隙天线能提供更宽的阻抗带宽和轴比带宽，并且对加工误差不那么敏感，而环形缝隙天线能有效缩减天线尺寸，很好地满足小型化要求，易于集成到移动便携终端中去，因而在无线通信系统中广受欢迎。所提出的整流电路可以自动配置以适应输入射频能量的高低。当输入能量较低时，二极管HSMS2850 105处于导通状态，而二极管HSMS2860 106处于截止状态；当输入能量较大时，两个整流二极管都可以很好地工作。整流后的直流功率可以流经电感107，输出到负载109上，而功率远低于基波的高次谐波被引导到二极管HSMS2850105进行再整流，以提高整流效率，所设计的双频圆极化天线为接收双频圆极化天线和整流电路的一体化设计集成。
附图说明
[0010]图1是本专利技术所设计天线的正面结构示意图。
[0011]图2是本专利技术所设计天线的背面结构示意图。
[0012]图3是本专利技术所设计天线的侧面结构示意图。
[0013]图4是本专利技术所设计整流天线的正面结构示意图。
[0014]图5是本专利技术所设计整流天线的背面结构示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。
[0016]本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术设计的一种双频圆极化整流天线，接收双频圆极化天线和整流电路两个部分；双频圆极化天线部分包括同心方环形缝隙辐射单元101、介质基板102、微带馈电103；整流电路部分包括双频阻抗匹配网络104、HSMS2850肖特基二极管105、HSMS2860肖特基二极管106、电感107、扇形枝节108、负载109、微带传输线110，且接收双频圆极化天线的输出端直接与整流电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频圆极化整流天线，其特征在于：包括接收双频圆极化天线和整流电路两个部分；双频圆极化天线包括介质基板(102)、分别设置在介质基板(102)两侧的同心方环形缝隙辐射单元(101)和微带馈电(103)；整流电路设置在介质基板(102)上且与微带馈电(103)同侧，包括双频阻抗匹配网络(104)、二极管D1(105)、二极管D2(106)、电感(107)、扇形枝节(108)、负载(109)、微带传输线(110)，接收双频圆极化天线的输出端微带馈电(103)与整流电路的输入端的双频阻抗匹配网络(104)相连，整流电路各部分通过微带传输线(110)相连接。2.根据权利要求1所述的一种双频圆极化整流天线，其特征在于：同心方环形缝隙辐射单元为两个同心方环形缝隙，且位于外部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎松，刘鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：