[实用新型]一种用于无线输电的微带天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于无线输电的微带天线，特别是涉及一种新型的高效率低剖面的无线输能天线，属于无线输能领域。

背景技术

100多年前，Nikola Tesla对无线输电投入了大量的努力，人们一直期望电能能够通过无线的方式进行传输，抛开电力线的束缚。经过一百多年的发展，无线输电技术获得了长足的发展。目前为止，无线输电的方式主要有三种：感应耦合、谐振耦合和借助于无线电波的微波输能。感应耦合方式利用两个线圈来实现，一个作为发射线圈，另外一个作为接收线圈，两个线圈之间通过磁感应耦合实现电能的无限传输；这种方式的优点是效率比较高，传输功率大，缺点是传输距离比较短，不适合远距离输电。谐振耦合方式利用两个(电、磁或者电磁)谐振器实现电能的无线输送；这种方式的优点是效率较高，适合于中距离传输，输送电能的功率高，缺点是传输距离不够远，不适合远距离的电力输送。微波输能方式通过发射天线将电能以电磁波的形式辐射出去，在接收端利用接收天线将能量收集起来；这种输电方式非常灵活，传输距离可近可远，功率可高可低，是一种非常有前途的无线输电方式。

微波输能这种输电方式要利用电磁波来传输电能，辐射电磁波和接收电磁波的天线没有经过很好的设计，那么电磁在空间中将是发散的，势必造成无线输电效率的下降。为了保证电磁波能量在空间传输时不扩散，电磁波必须像光一样能聚集到接收天线，通常采用的是抛物面天线。但抛物面天线比较厚，不适合于对天线要求低剖面的场合。因此，需要设计能够将能量聚集到接收天线上并且具低剖面的无线输能天线是解决这一问题的关键。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于无线输电的微带天线，是能够将能量聚集到接收天线上，并且具有高效率低剖面的无线输能天线。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于无线输电的微带天线，包括基板、馈电网络、36个辐射单元，所述36个辐射单元呈等间隔排列成6*6的方形阵，相邻两个辐射单元之间的间距为60mm，所述馈电网络用于连接36个辐射单元，且馈电网络与36个辐射单元处于同一平面，所述馈电网络和36个辐射单元均设置于基板的其中一面上。

进一步的，所述基板的另一面敷铜并接地。

优选的，所述馈电网络包括传输线、以及通过传输线相连的4个一分三功分器、27个一分二功分器、12个四分之一波长阻抗变换器。

优选的，所述辐射单元为patch天线单元。

优选的，所述基板为厚度为3mm的FR4基板。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型用于无线输电的微带天线，中心工作频率为2.45GHz，天线单元之间的间距为60mm，无线输电的距离是150mm，以单个patch天线作为接收天线时传输效率可以达到27.7％，若以与发射天线相同的天线作为接收天线，效率可以达到55％。

2、本实用新型用于无线输电的微带天线，结构简单，能量传输效率较高，剖面较低。

附图说明

图1是本实用新型无线输电的微带天线的结构示意图。

图2是本实用新型单个patch天线单元(微带贴片)的结构示意图。

图3是本实用新型能够实现表中各patch天线单元馈最佳激励的一种馈电网络示意图，其中1、2、……37代表各端口。

图4是本实用新型无线输电的微带天线和单个patch接收天线的系统示意图，其中x、y、z代表三维直角坐标系的x轴、y轴、z轴，圆心在发射天线阵列的中心。

图5是本实用新型发射天线阵列沿z轴方向的电场归一化图。

图6是本实用新型发射天线阵列在聚焦平面沿x轴方向的电场分布图。

图7是本实用新型发射天线阵列在聚焦平面沿y轴方向的电场分布图。

图8是本实用新型发射天线阵列在最大电场强度密度所在平面的电场强度分布图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。