本發(fā)明涉及無線能量傳輸領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于空氣隙的高增益微帶天線。

背景技術(shù)：

微波能量傳輸技術(shù)(MPT，Microwave Power Transmission)是一種在真空或者自由空間中，利用微波為載體進行能量傳輸?shù)膫鬏敿夹g(shù)。自1890年Nikola Tesla進行無線電能傳輸實驗，及20世紀(jì)60年代Raytheon公司的W.C.Brown從事了大量無線電能傳輸?shù)难芯恐两瘢琈PT技術(shù)受到越來越廣泛的關(guān)注，并被逐步應(yīng)用于能量采集、射頻識別和無線傳感等領(lǐng)域。

天線(Antenna)是一種導(dǎo)行波與自由空間波之間的轉(zhuǎn)換器件或者換能器件。天線是任何無線系統(tǒng)必不可少的組成器件，而作為MPT系統(tǒng)的核心部分之一，微帶天線一直以來都是MPT技術(shù)研究領(lǐng)域的一大熱點。

但由于傳統(tǒng)的微帶天線具有體積大、成本高、輻射效率低等缺陷，使得其在較多的應(yīng)用場合中受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決以上現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺陷，提供了一種尺寸小、增益高、輻射效率高、方向性好的微帶天線。

為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種基于空氣隙的高增益微帶天線，包括地板、輻射板、支柱和同軸饋電的SMA頭，其中地板與輻射板平行設(shè)置，地板與輻射板之間留有作為空氣隙存在的間距，地板通過支柱與輻射板連接；同軸饋電的SMA頭的探針穿出地板后與輻射板連接。

上述方案中，輻射板構(gòu)成輻射單元，地板構(gòu)成地平面，輻射單元、地平面之間采用同軸饋電的方式進行激勵。當(dāng)微帶天線接收到微波能量時，微波能量經(jīng)由同軸饋電的SMA頭進行輸出，進行下一步的處理。

本發(fā)明提供的微帶天線采用空氣隙結(jié)構(gòu)，有利于抑制各元素間雜散波的串?dāng)_，易于組陣。實驗證明，本發(fā)明提供的微帶天線在使用時的增益高、方向性好、輻射效率高，適用于各類無線通信應(yīng)用領(lǐng)域。

優(yōu)選地，所述地板包括介質(zhì)層和覆銅層，介質(zhì)層的底面與覆銅層的頂面貼合；所述輻射板包括介質(zhì)層和覆銅層，介質(zhì)層的頂面與覆銅層的底面貼合；同軸饋電的SMA頭的探針依次穿出地板的覆銅層、地板的介質(zhì)層、輻射板的介質(zhì)層后與輻射板的覆銅層連接。地板的覆銅層構(gòu)成地平面，輻射板的覆銅層構(gòu)成輻射單元，兩覆銅層之間間隔著兩層介質(zhì)層和空氣隙，由此，兩覆銅層之間的相對介電常數(shù)減少，有利于抑制各元素間的雜散波串?dāng)_，易于組陣。

優(yōu)選地，所述地板的橫向剖面呈正方形，其長為18.5mm，寬為18.5mm，地板的厚度為0.8mm；所述輻射板的橫向剖面呈圓形，其半徑為5.9mm，輻射板的厚度為0.25mm。

優(yōu)選地，所述輻射板和地板均采用聚四氟乙烯單面覆銅板。

優(yōu)選地，所述地板的介電常數(shù)ε＝2.28，介質(zhì)損耗角正切tanδ＝0.0015；所述輻射板的介電常數(shù)ε＝2.28，介質(zhì)損耗角正切tanδ＝0.0015。

優(yōu)選地，所述地板的中心與輻射板的中心對準(zhǔn)；所述微帶接收天線包括四根支柱，四根支柱均勻分布在以地板中心為圓心的圓周方向上，四根支柱的兩端分別與地板、輻射板連接。

優(yōu)選地，所述支柱由聚四氟乙烯材料制成。

優(yōu)選地，所述支柱制成正方體狀，其尺寸為2mm×2mm×2mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明提供的微帶天線的體積尺寸小，適用于各類無線通信應(yīng)用領(lǐng)域。

2)本發(fā)明提供的微帶天線的增益高、方向性好；作用距離遠(yuǎn)、穿透能力強；抗干擾能力強。

3)本發(fā)明提供的微帶天線的輻射效率高，使得接收的微波能量得以充分利用。

4)本發(fā)明提供的微帶天線采用空氣隙結(jié)構(gòu)，有利于抑制各元素間雜散波的串?dāng)_，易于組陣。

附圖說明

圖1為微帶天線的俯視圖。

圖2為微帶天線的縱向剖面示意圖。

圖3為微帶天線在不同頻段的最優(yōu)反射系數(shù)曲線圖。

圖4為微帶天線在不同頻段的方向增益曲線圖。

圖5為微帶天線在不同頻段的輻射效率曲線圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。

實施例1

如圖1、2所示，基于空氣隙6的高增益微帶天線包括地板1、輻射板2、支柱4和同軸饋電的SMA頭5，其中地板1與輻射板2平行設(shè)置，地板1與輻射板2之間留有作為空氣隙6存在的間距，地板1通過支柱4與輻射板2連接；同軸饋電的SMA頭的探針3穿出地板1后與輻射板2連接。

其中，所述地板1的橫向剖面呈正方形，其長為18.5mm，寬為18.5mm，地板1的厚度為0.8mm；所述輻射板2的橫向剖面呈圓形，其半徑為5.9mm，輻射板2的厚度為0.25mm。地板1的中心與輻射板2的中心對準(zhǔn)；所述微帶接收天線包括四根支柱4，如圖1所示，分別為支柱41、支柱42、支柱43、支柱44；四根支柱4均勻分布在以地板1中心為圓心的圓周方向上，四根支柱4的兩端分別與地板1、輻射板2連接。地板1的介電常數(shù)ε＝2.28，介質(zhì)損耗角正切tanδ＝0.0015；所述輻射板2的介電常數(shù)ε＝2.28，介質(zhì)損耗角正切tanδ＝0.0015。支柱4由聚四氟乙烯材料制成。所述支柱4制成正方體狀，其尺寸為2mm×2mm×2mm。

上述方案中，輻射板2構(gòu)成輻射單元，地板1構(gòu)成地平面，輻射單元、地平面之間采用同軸饋電的方式進行激勵。當(dāng)微帶天線接收到微波能量時，微波能量經(jīng)由同軸饋電的SMA頭5進行輸出，進行下一步的處理。

本發(fā)明提供的微帶天線采用空氣隙6結(jié)構(gòu)，有利于抑制各元素間雜散波的串?dāng)_，易于組陣。實驗證明，本發(fā)明提供的微帶天線在使用時的增益高、方向性好、輻射效率高，適用于各類無線通信應(yīng)用領(lǐng)域。

本實施例中，如圖1所示，地板1包括介質(zhì)層11和覆銅層12，介質(zhì)層11的底面與覆銅層12的頂面貼合；所述輻射板2包括介質(zhì)層21和覆銅層22，介質(zhì)層21的頂面與覆銅層22的底面貼合；同軸饋電的SMA頭的探針3依次穿出地板1的覆銅層12、地板1的介質(zhì)層11、輻射板2的介質(zhì)層21后，與輻射板2的覆銅層22連接。地板1的覆銅層12構(gòu)成地平面，輻射板2的覆銅層22構(gòu)成輻射單元，兩覆銅層之間間隔著兩層介質(zhì)層和空氣隙6，由此，兩覆銅層之間的相對介電常數(shù)減少，有利于抑制各元素間的雜散波串?dāng)_，易于組陣。本實施例中，輻射板2和地板1均采用聚四氟乙烯單面覆銅板。

實施例2

本實施例對實施例1提供的微帶天線進行了具體的實驗，其實驗結(jié)果如圖3、4、5所示。

如圖3所示，實施例1提供的微帶天線在諧振頻率5.8GHz附近有最優(yōu)反射系數(shù)S₁₁＝-24.5dB。

如圖4所示，實施例1提供的微帶天線在諧振頻率5.8GHz附近的增益Gain＝8.4dB。頻率5.6GHz至頻率5.9GHz頻段為MPT技術(shù)的常用ISM頻段，在此頻段，微帶天線的增益大概在7.8dB～8.4dB。

如圖5所示，圖5為微帶天線在不同頻段的輻射效率曲線圖。頻率5.6GHz至頻率5.9GHz頻段為MPT技術(shù)的常用頻段，在此頻段，微帶天線的輻射效率大概范圍為86％～92％。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。