[发明专利]具有谐波抑制能力的双线极化整流天线

说明书

本发明属于无线能量传输技术领域，具体为一种具有谐波抑制能力的双线极化整流天线。该天线结构从上往下依次为一层含有一个方形铜贴片单元的辐射层，一层起支撑作用的介质板层。介质板的上表面为地层，上面刻蚀了一对相互垂直的U型缝隙，介质板的下表面由一对关于介质板对角线对称的馈线和整流电路组成。辐射层接收入射波后经U型缝隙耦合到馈线，再经过整流电路转换成直流能量输出。在地层刻蚀相互垂直分布的U型缝隙的结构与馈线组合可以产生良好的谐波抑制能力。根据两端口输出能量比不同选择两端口并联输出或者单端口输出可以获得最大转换效率。

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，具体涉及一种2.45GHz具有谐波抑制能力的双线极化整流天线。

背景技术

微波无线能量传输技术是一种利用微波为载体进行能量传输的技术。随着太阳能电站的研究，微波无线能量传输技术得到了广泛的研究。相对传统的有线能量传输技术，微波无线能量传输技术在许多场景下有巨大的优势，特别是在无线充电，能量采集，传感器等众多领域得到了广泛的关注和逐步的应用。

为接收微波能量，需要设计高效率的整流天线。整流天线由天线和整流电路组成，为了提高传输效率同时提高传输功率密度，这就要求整流天线具有较高的整流效率且结构紧凑。然而常规的整流天线由于将天线和整流电路作为两个独立的部分进行设计，限制了效率的提升潜力而且导致整流天线的体积较大不利于阵列的搭建。

通过对现有技术文献的检索发现，中国专利“一种基于WiFi频段的带谐波抑制的整流天线”（申请号201610812094.1）设计一种带谐波抑制能力的整流天线，即采用了将天线与整流电路作为两个独立的部分进行设计，虽然带有谐波抑制能力，但是不具备全极化接收能力且整体结构不紧凑，导致面积浪费多，同时在极化角改变时效率会急剧下降。

本发明采用耦合馈电的方法，通过对地平面的耦合孔的设计来说实现对谐波成分的抑制能力，同时通过馈线上并联开路短截线来控制通带中心频率，并采用双线极化来实现全极化接收能力。同时整流电路和馈线网络置于同一层，且位于天线贴片之下，并用地平面隔开所以整流电路不需要占用额外的面积。通过上述方法，可以实现高效率和紧凑的结构，同时有利于天线阵列的搭建。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种具有谐波抑制能力的双线极化整流天线，使其在具有全极化接收能力的同时，天线本身具有谐波抑制能力，减小了面积且提高了整流效率。同时整流电路内嵌入天线，不占用额外的面积，整体结构紧凑。

本发明提供的具有谐波抑制能力的双线极化整流天线，包括从上至下依次排布的辐射层、地层和馈线层；结构如图1、图2、图3、图4、图5所示。其中：

所述辐射层上有一个方形铜贴片，方形铜贴片位于天线正中，呈中心对称分布，铜贴片尺寸约为半波导波长；

所述地层和馈线层分别在一介质基板（一般层厚度可为0.4-1mm）的上、下表面；所述地层上镀铜，并刻蚀有一对相互垂直的U型缝隙，且一对相互垂直的U型缝隙关于一对角线对称分布；U型缝隙的底部缝隙较宽，U型缝隙的两臂缝隙较窄，且两臂长度相等，U型缝隙的宽缝隙长度和两个窄缝隙长度之和接近半波长，且相互垂直（参见图3所示），从而激励出空间正交的场，实现双极化。通过U型缝隙结构将辐射层和馈线层隔离开，减小了由馈电网络带来的寄生辐射，同时降低了交叉极化。

所述馈线层上分布两个有带开路短截线的馈电网络和两个整流电路，参见图4所示，且两个馈电网络以及两个整流电路，均关于一对角线对称分布；馈电网络的馈线两侧的开路短截线关于馈线中轴线轴对称分布，其中，从一端口输出信号可以实现一种线极化方式，从另一端口输出信号可以实现与之正交的线极化方式；而且馈线层上馈线网络和地层上的U型缝隙共同构成一个缺陷地结构（参见图1），使得天线本身具有良好的谐波抑制能力。由于天线具有良好的谐波抑制能力，所以整流电路中不再需要谐波抑制滤波器，使得整体结构更加紧凑，效率也更高。