一種用于無(wú)線輸電的微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于無(wú)線輸電的微帶天線，特別是涉及一種新型的高效率低 剖面的無(wú)線輸能天線，屬于無(wú)線輸能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 100多年前，NikolaTesla對(duì)無(wú)線輸電投入了大量的努力，人們一直期望電能能夠 通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行傳輸，拋開(kāi)電力線的束縛。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，無(wú)線輸電技術(shù)獲得了 長(zhǎng)足的發(fā)展。目前為止，無(wú)線輸電的方式主要有三種：感應(yīng)耦合、諧振耦合和借助于無(wú)線電 波的微波輸能。感應(yīng)耦合方式利用兩個(gè)線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)作為發(fā)射線圈，另外一個(gè)作為接收 線圈，兩個(gè)線圈之間通過(guò)磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)限傳輸；這種方式的優(yōu)點(diǎn)是效率比較高， 傳輸功率大，缺點(diǎn)是傳輸距離比較短，不適合遠(yuǎn)距離輸電。諧振耦合方式利用兩個(gè)（電、磁 或者電磁）諧振器實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線輸送；這種方式的優(yōu)點(diǎn)是效率較高，適合于中距離傳輸， 輸送電能的功率高，缺點(diǎn)是傳輸距離不夠遠(yuǎn)，不適合遠(yuǎn)距離的電力輸送。微波輸能方式通 過(guò)發(fā)射天線將電能以電磁波的形式輻射出去，在接收端利用接收天線將能量收集起來(lái)；這 種輸電方式非常靈活，傳輸距離可近可遠(yuǎn)，功率可高可低，是一種非常有前途的無(wú)線輸電方 式。
[0003] 微波輸能這種輸電方式要利用電磁波來(lái)傳輸電能，輻射電磁波和接收電磁波的天 線沒(méi)有經(jīng)過(guò)很好的設(shè)計(jì)，那么電磁在空間中將是發(fā)散的，勢(shì)必造成無(wú)線輸電效率的下降。為 了保證電磁波能量在空間傳輸時(shí)不擴(kuò)散，電磁波必須像光一樣能聚集到接收天線，通常采 用的是拋物面天線。但拋物面天線比較厚，不適合于對(duì)天線要求低剖面的場(chǎng)合。因此，需要 設(shè)計(jì)能夠?qū)⒛芰烤奂浇邮仗炀€上并且具低剖面的無(wú)線輸能天線是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種用于無(wú)線輸電的微帶天線，是能夠 將能量聚集到接收天線上，并且具有高效率低剖面的無(wú)線輸能天線。
[0005] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種用于無(wú)線輸電的微帶天線，包括基板、饋電網(wǎng)絡(luò)、36個(gè)輻射單元，所述36個(gè)輻 射單元呈等間隔排列成6*6的方形陣，相鄰兩個(gè)輻射單元之間的間距為60mm，所述饋電網(wǎng) 絡(luò)用于連接36個(gè)輻射單元，且饋電網(wǎng)絡(luò)與36個(gè)輻射單元處于同一平面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)和36 個(gè)輻射單元均設(shè)置于基板的其中一面上。
[0007] 進(jìn)一步的，所述基板的另一面敷銅并接地。
[0008] 優(yōu)選的，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括傳輸線、以及通過(guò)傳輸線相連的4個(gè)一分三功分器、27 個(gè)一分二功分器、12個(gè)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器。
[0009] 優(yōu)選的，所述福射單元為patch天線單元。
[0010] 優(yōu)選的，所述基板為厚度為3mm的FR4基板。
[0011] 本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0012] 1、本實(shí)用新型用于無(wú)線輸電的微帶天線，中心工作頻率為2. 45GHz，天線單元之間 的間距為60mm，無(wú)線輸電的距離是150mm，以單個(gè)patch天線作為接收天線時(shí)傳輸效率可以 達(dá)到27. 7%，若以與發(fā)射天線相同的天線作為接收天線，效率可以達(dá)到55%。
[0013] 2、本實(shí)用新型用于無(wú)線輸電的微帶天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳輸效率較高，剖面較 低。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本實(shí)用新型無(wú)線輸電的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2是本實(shí)用新型單個(gè)patch天線單元（微帶貼片）的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3是本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)表中各patch天線單元饋?zhàn)罴鸭?lì)的一種饋電網(wǎng)絡(luò)示 意圖，其中1、2、……37代表各端口。
[0017] 圖4是本實(shí)用新型無(wú)線輸電的微帶天線和單個(gè)patch接收天線的系統(tǒng)示意圖，其 中x、y、z代表三維直角坐標(biāo)系的x軸、y軸、z軸，圓心在發(fā)射天線陣列的中心。
[0018] 圖5是本實(shí)用新型發(fā)射天線陣列沿z軸方向的電場(chǎng)歸一化圖。
[0019] 圖6是本實(shí)用新型發(fā)射天線陣列在聚焦平面沿x軸方向的電場(chǎng)分布圖。
[0020] 圖7是本實(shí)用新型發(fā)射天線陣列在聚焦平面沿y軸方向的電場(chǎng)分布圖。
[0021] 圖8是本實(shí)用新型發(fā)射天線陣列在最大電場(chǎng)強(qiáng)度密度所在平面的電場(chǎng)強(qiáng)度分布 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通 過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用 新型的限制。
[0023] 如圖1所示，為本實(shí)用新型無(wú)線輸電的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖，由36個(gè)patch天 線單元、饋電網(wǎng)絡(luò)、基板和接地板組成。36個(gè)patch天線單元等間隔排列成6*6的方形陣列， patch之間的間距為60mm。饋電網(wǎng)絡(luò)將36個(gè)patch天線單元連接起來(lái)，并與各patch天線 單元處于同一水平面上。射頻能量從饋電網(wǎng)絡(luò)1端口饋入，通過(guò)功分器、四分之一波長(zhǎng)阻抗 變換器、傳輸線饋送到各個(gè)patch天線單元。在patch天線單元和饋電網(wǎng)絡(luò)下面是3mm厚 的FR4基板，基板下面是接地板，全部敷銅。在接地板和饋電網(wǎng)絡(luò)1端口處焊接SMA接頭。 饋電網(wǎng)絡(luò)的作用是經(jīng)過(guò)1端口饋入的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)之后到達(dá)各patch天線單元， 使各patch天線單元獲得下表所示的最佳激勵(lì)。
[0024] 如圖2所示，為本實(shí)用新型單個(gè)patch天線單元（微帶貼片）的示意圖。
[0025] 如圖3所示，為本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)下表各patch天線單元饋?zhàn)罴鸭?lì)的一種饋 電網(wǎng)絡(luò)示意圖，其中1、2、......37代表各個(gè)與patch天線單元連接的端口，饋電網(wǎng)絡(luò)由4個(gè) 一分三功分器、27個(gè)一分二功分器、12個(gè)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器以及傳輸線組成，能量 由中心1端口饋入，每個(gè)分叉口都設(shè)有一個(gè)功分器，用于將能量饋送到各個(gè)patch天線單 元。各patch天線單元的最佳激勵(lì)如下表所示，最佳激勵(lì)可以使各patch天線單元福射的 電磁波在垂直于patch天線單元所在平面正上方150mm處形成最佳的疊加，S卩最佳的能量 聚集，以達(dá)到最佳的傳輸效率。
[0026] 表各patch天線單元的最佳激勵(lì)
[0027]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于無(wú)線輸電的微帶天線，其特征在于：包括基板、饋電網(wǎng)絡(luò)、36個(gè)輻射單元， 所述36個(gè)輻射單元呈等間隔排列成6 *6的方形陣，相鄰兩個(gè)輻射單元之間的間距為60mm， 所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于連接36個(gè)輻射單元，且饋電網(wǎng)絡(luò)與36個(gè)輻射單元處于同一平面，所述饋 電網(wǎng)絡(luò)和36個(gè)輻射單元均設(shè)置于基板的其中一面上。
2. 如權(quán)利要求1所述用于無(wú)線輸電的微帶天線，其特征在于：所述基板的另一面敷銅 并接地。
3. 如權(quán)利要求2所述用于無(wú)線輸電的微帶天線，其特征在于：所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括傳輸 線、以及通過(guò)傳輸線相連的4個(gè)一分三功分器、27個(gè)一分二功分器、12個(gè)四分之一波長(zhǎng)阻抗 變換器。
4. 如權(quán)利要求2所述用于無(wú)線輸電的微帶天線，其特征在于：所述福射單元為patch 天線單元。
5. 如權(quán)利要求2所述用于無(wú)線輸電的微帶天線，其特征在于：所述基板為厚度為3_ 的FR4基板。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于無(wú)線輸電的微帶天線，包括基板、饋電網(wǎng)絡(luò)、36個(gè)輻射單元，所述36個(gè)輻射單元呈等間隔排列成6*6的方形陣，相鄰兩個(gè)輻射單元之間的間距為60mm，所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于連接36個(gè)輻射單元，且饋電網(wǎng)絡(luò)與36個(gè)輻射單元處于同一平面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)和36個(gè)輻射單元均設(shè)置于基板的其中一面上。本實(shí)用新型用于無(wú)線輸電的微帶天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳輸效率較高，剖面較低。
【IPC分類(lèi)】H01Q1-50, H01Q21-00, H01Q1-38, H02J17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204441468
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520168501
【發(fā)明人】王峰, 周春宇, 劉琪, 潘於銘, 石少杭
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日