一种高增益圆极化谐波抑制微带天线制造技术

本发明专利技术提供了一种高增益圆极化谐波抑制微带天线。通过设置高增益圆极化谐波抑制微带天线包括顶层金属层、中间介质基板、金属短路柱和底层开槽金属地层；其中顶层金属层设置于中间介质基板的上表面，底层开槽金属地层设置于中间介质基板的下表面；顶层金属层与底层开槽金属地层之间通过金属短路柱连接。相比于现有技术，通过改变其尺寸获得较好的增益和带宽等，通过对矩形微带贴片切对角方式实现天线的圆极化，且具备谐波抑制功能，使得高次谐波就在谐波抑制天线与整流电路间来回反射、转换，避免辐射至自由空间，简化电路的同时提高了微波无线输能系统的整体效率。波无线输能系统的整体效率。波无线输能系统的整体效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益圆极化谐波抑制微带天线


[0001]本专利技术涉及微波天线领域，具体涉及一种高增益圆极化谐波抑制微带天线。

技术介绍

[0002]微波无线输能是研究的较为频繁的一种无线输能的方式，由于它是利用收发天线的定向传输，所以能够传输很远的距离。国外对于微波无线输能的研究起步较早，上个世纪70
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90年代就已经开展一些基础性的研究，其中日本在这方面的研究较为先进。21世纪国外对于微波无线输能的研究更加趋向于实用化，虽然现在还没有商用的无线输能系统，但是现在国内外的研究慢慢考虑如何突破实际使用时的一些阻碍，利用无线输能的方式来给临近飞行器、无人机提供能量以及远距离供电的实验系统的实用性逐渐得到了验证。
[0003]微波无线输能要求发射天线、接收天线具有高增益、低成本、体积小的特点。为了满足发射天线到接收天线的DC
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DC转换效率的提高，目前大多采用具有强聚焦高增益的口径天线或天线阵列形式加以实现，但是输能系统整体的系统效率依旧很低，不超过50％，当然远距离的传输时整个输能系统的效率会更加的低，并且加大了整个输能系统的体积。此外，为了向无人机等移动目标传输能量，传统的线极化整流天线难以满足需求，且空间电磁波传输中会出现极化旋转和变化的现象使接收性能恶化。微带天线天然具有低剖面、低成本、易集成、易获得圆极化的特性，已广泛运用到微波无线能量传输中，然而传统的微带天线通常仅具有5
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8dBi的增益，相比喇叭天线、透镜天线等天线的增益较低。
[0004]现有技术中，已经有一些研究团队提出了不同结构的高增益微带天线，如美国圣地亚哥州立大学公开的论文(F.Meng and S.K.Sharma,“A dual
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band high
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gain resonant cavity antenna with a single layer superstrate,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.63,no.5,pp.2320
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2325,May 2015)和英国伦敦玛丽女王大学公开的论文(Y.Gao,R.Ma,Y.Wang,Q.Zhang and C.Parini,"Stacked Patch Antenna With Dual
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Polarization and Low Mutual Coupling for Massive MIMO,"in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.64,no.10,pp.4544
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4549,Oct.2016)，前者在微带天线上方引入了一种由周期性贴片组成的高反射率的频率选择表面来提高增益，但其中一个反射面产生了一定的漏波，后者引入了堆叠贴片天线的概念，通过多层贴片激励，在主方向上实现更高的增益，两者均增大了剖面高度，结构和制作具有更高的复杂度。中山大学申请的专利(谭洪舟、黄静文、区俊辉、张全琪、路崇，一种带有短路针的高增益微带天线，中国专利技术专利，申请号：201810412431.7，申请日：2018.05.03)，使用的圆形贴片波瓣较窄，仅有37
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，虽然增益和带宽都比较高，但是其面积太大，单位面积的增益带宽比不高，使用了多达14个短路探针，制作、焊接复杂，具有更大的制造误差，且不具有圆极化的特性，只能接收固定的线极化波。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供高增益圆极化谐波抑制微带天线，在保
持低剖面和低成本的前提下，同时实现了高增益、圆极化与谐波抑制功能，从而用于微波无线能量传输系统中，有效地提高输能系统整体效率。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种高增益圆极化谐波抑制微带天线，包括顶层金属层、中间介质基板、金属短路柱和底层开槽金属地层；其中：
[0007]所述顶层金属层设置于中间介质基板的上表面，所述底层开槽金属地层设置于中间介质基板的下表面；
[0008]所述顶层金属层与底层开槽金属地层之间通过金属短路柱连接。
[0009]进一步，所述顶层金属层包括矩形切角贴片和阶梯阻抗变换器；
[0010]所述矩形切角贴片通过阶梯阻抗变换器进行馈电，通过改变切角大小优化圆极化性能。
[0011]进一步，所述金属短路柱对称分布在矩形切角贴片的对角线或轴对称线上。
[0012]进一步，所述金属短路柱数量为8个；
[0013]其中，分布在矩形贴片对角线上的第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱到辐射贴片中心的距离均为辐射贴片长度的第一倍数；
[0014]分布在矩形贴片轴对称线上的第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱、第八金属短路柱到辐射贴片中心的距离均为辐射贴片长度的第二倍数。
[0015]进一步，所述第一倍数为0.7倍；所述第二倍数为0.6125倍。
[0016]进一步，所述底层开槽金属地层包括一“＝”型缺陷地结构；
[0017]所述“＝”型缺陷地结构位于顶层金属层中用于侧馈的阶梯阻抗变换器的正下方；
[0018]所述“＝”型缺陷地结构与顶层金属层中用于侧馈的阶梯阻抗变换器共同实现谐波抑制。
[0019]本专利技术的方案中，通过设置高增益圆极化谐波抑制微带天线包括顶层金属层、中间介质基板、金属短路柱和底层开槽金属地层；其中顶层金属层设置于中间介质基板的上表面，底层开槽金属地层设置于中间介质基板的下表面；顶层金属层与底层开槽金属地层之间通过金属短路柱连接。相比于现有技术，通过对天线尺寸的调整获得较好的增益和带宽等性能，通过对矩形微带贴片切对角的方式实现天线的圆极化；且具备谐波抑制功能，阻止了由整流电路产生的二次以及高次谐波通过天线又辐射到自由空间去，高次谐波就在谐波抑制天线与整流电路间来回反射、转换，省去了天线与整流电路之间体积庞大且有插入损耗的低通滤波器,可使电路的结构大大简化，同时提高了微波无线输能系统的整体效率。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例高增益圆极化谐波抑制微带天线的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例中天线标注尺寸的俯视图；
[0023]图3为本专利技术实施例中天线标注尺寸的仰视图；
[0024]图4为本专利技术实施例的矩形切角贴片对角线上金属短路柱位置与天线最大增益和
谐振频率的关系曲线图；
[0025]图5为本专利技术实施例矩形切角贴片轴对称线上金属短路柱位置与天线最大增益和谐振频率的关系曲线图；
[0026]图6为本专利技术实施例的图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益圆极化谐波抑制微带天线，其特征在于，包括顶层金属层、中间介质基板、金属短路柱和底层开槽金属地层；其中：所述顶层金属层设置于中间介质基板的上表面，所述底层开槽金属地层设置于中间介质基板的下表面；所述顶层金属层与底层开槽金属地层之间通过金属短路柱连接。2.根据权利要求1所述的高增益圆极化谐波抑制微带天线，其特征在于，所述顶层金属层包括矩形切角贴片和阶梯阻抗变换器；所述矩形切角贴片通过阶梯阻抗变换器进行馈电，通过改变切角大小优化圆极化性能。3.根据权利要求2所述的高增益圆极化谐波抑制微带天线，其特征在于，所述金属短路柱对称分布在矩形切角贴片的对角线或轴对称线上。4.根据权利要求3所述的高增益圆极化谐波抑制微带天线，其特征在于，所述金属短路柱数量为8个；其中，分布在矩形贴片...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥鑫，李顺，岳震，邢宇，朱玉昊，於阳，杨永穆，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：