[发明专利]双端口多频微带天线

说明书

本发明公开了一种双端口多频微带天线，包括上层辐射元、介质基板、两条金属微带馈线和下层接地板，其中所述上层辐射元和两条金属微带馈线印制在介质基板上层，上层辐射元由三个大小不等的矩形垒成，在上层辐射元上蚀刻有四组基于箭头分形图形开槽、一个正方形开槽与一个圆形开槽，下层接地板位于介质基板下层，且与介质基板大小一致。本发明具有两个不同的馈电口，可以分别通过两条不同的馈电线从不同的频段高效的进行电磁波能量收集。

技术领域

本发明属于双端口微带天线技术领域，具体涉及一种基于箭头分形图形的双端口多频微带天线。

背景技术

随着物联网(IoT)的不断发展，越来越多的传感器被应用于在物联网传感数据的感知层进行数据的采集，因此，如何为这些传感器成为了越来越多学者所关注的问题。无线能量传输(WPT)因为可以在不受地形、距离限制，无线为低功率用电设备供电的优势，在物联网传感器的供电中显示出巨大的潜力。整流天线作为无线能量传输中最常用的技术，可以在周围环境中采集射频能量，然后将接收到的能量转换成直流功率，其体积小、造价低、覆盖频段广等优点对电磁波收集技术的发展有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且设计合理的基于箭头分形图形的双端口多频微带天线，相较于其它天线而言，该天线具有两个馈电端口，可以分别用两个不同的端口从不同的频段馈电。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于箭头分形图形的双端口多频微带天线，其特征在于包含上层辐射元、介质基板、两条金属微带馈线和下层接地板；所述介质基板为矩形的FR4材料板，介电常数ε_r＝4.4，厚度d＝1.6mm，长度L＝48mm，宽度W＝48mm。所述介质基板上层印制上层辐射元和两条金属微带馈线，下层印制下层接地板。以介质基板底边中心点为原点，建立平面直角坐标系，沿介质基板底边线为x轴，y轴垂直于介质基板底边线且与介质基板底边线相交于介质基板底边线的中点。所述上层辐射元的设计尺寸满足以下要求：该辐射元由三个矩形组成，由上到下三个矩形R₁R₂R₃R₄、R₅R₆R₇R₈、R₉R₁₀R₁₁R₁₂尺寸分别为：长L₁＝22mm，宽W₁＝3.1mm；长L₂＝32.4mm，宽W₂＝3.1mm；长L₃＝36mm，宽W₃＝21.4mm，左下端点坐标分别为R₄(-12.5,34.7)、R₈(-17.7,31.6)、R₁₂(-19.5,10.1)，三个矩形长边中点相连直线与介质基板底边侧相垂直且交于原点。所述上层辐射元上蚀刻有四组箭头分形图形开槽、一个正方形开槽与一个圆形开槽；所述箭头分形图形由一个大箭头与两个小箭头组成，每个箭头均由头部两边和主干长边组成，在箭头头部两边中，面向该箭头所指方向，位于箭头头部顶点左侧的部分为箭头头部左侧，位于箭头头部顶点右侧的部分为箭头头部右侧，大箭头的头部两边均由小箭头构成。所述第一组箭头分形图形开槽大箭头指向左边，且与R₉和R₁₂构成的直线垂直，三箭头头部顶点坐标分别为A(-19.5,24.2)、B(-11.6,29.4)、C(-10.8,19.1)，大箭头主干长边的尾部中心坐标为D(-3.9,24)，大箭头头部夹角为75°，主干长边AD的长度为15.6mm，宽度为1.0mm。大箭头头部两短边，即小箭头主干长边的长度均为9.5mm，小箭头主干长边宽度为1.6mm，两小箭头头部夹角为90°。在大箭头头部右侧部分中，小箭头头部左侧部分中与x轴平行的较长边的长度为3.9mm，与y轴平行的边的长度为1.1mm，在小箭头头部右侧部分中，与y轴平行的较长边的长度为3mm，与x轴平行的边的长度为1.6mm；在大箭头头部左侧部分中，小箭头头部左侧部分中与y轴平行的较长边的长度为2.8mm，与x轴平行的边的长度为1.5mm，小箭头头部右侧部分中，与x轴平行的较长边的长度为4.3mm，与y轴平行的边的长度为1.0mm。第二组箭头分形图形开槽大箭头指向右边，且与R₁₀和R₁₁构成的直线垂直，三箭头顶点坐标分别为E(16.5,24.2)、F(7.9,28.9)、G(8.6,18.6)，大箭头头部夹角为75°，主干长边的长度为16.4mm，宽度为1.0mm。大箭头头部两短边，即小箭头主干长边的长度均为10mm，小箭头主干长边宽度为1.6mm，两小箭头头部夹角为90°。在大箭头头部左侧部分中，小箭头头部右侧部分中与x轴平行的较长边的长度为4.3mm，与y轴平行的边的长度为1.0mm，在小箭头头部左侧部分中，与y轴平行的较长边的长度为2.8mm，与x轴平行的边的长度为1.5mm；在大箭头头部右侧部分中，小箭头头部左侧部分中与x轴平行的较长边的长度为3.9mm，与y轴平行的边的长度为1.1mm，小箭头头部右侧部分中，与y轴平行的较长边的长度为3.0mm，与x轴平行的边的长度为1.6mm。所述第三组箭头分形图形开槽沿中轴线箭头向下，与R₁和R₂构成的直线垂直，三箭头头部坐标分别为H(-1.2,11.6)、I(-8.6,17.4)、J(5.6,17.4)，大箭头头部夹角为145°，主干长边的长度为11.2mm，宽为1.6mm。大箭头头部两短边，即小箭头主干长边的长度均为11.2mm，两小箭头头部夹角为90°。大箭头左右两边小箭头以大箭头主干长边左右对称，大箭头头部右侧的小箭头头部右侧部分中与x轴平行的较长边的长度为4.2mm，与y轴平行的边的长度为1.0mm，在小箭头头部左侧部分中，与y轴平行的较长边的长度为2.6mm，与x轴平行的边的长度为1.5mm。所述第四组箭头分形图形开槽由第三组图形缩小0.6倍、沿y轴向上平移3.5cm所得，两小箭头头部坐标为K(-6.5,20)、L(3.5,20)。所述正方形开槽边长为2.7mm，中点坐标为M(-1.25,24.1)，右侧与下侧分别与所述第二组、第三组箭头分形图形开槽箭头尾部相连。所述圆形开槽位于正方形开槽上方，半径r＝1.2mm，圆心坐标为N(-1.5,27.4)。所述两条金属微带馈线分别位于所述上层辐射元下侧与左侧；位于下侧的金属微带馈线为长为10.1mm，宽为2.4mm的矩形，一短边与介质基板底边相连，另一边短边与上层辐射元底边相连，该金属微带馈线左下角坐标为O(-2.9,0)，为微带天线a端口；位于左侧的金属微带馈线为长为4.5mm，宽为2.4mm的矩形，一短边与介质基板左侧边界相连，另一短边与上层辐射元左侧相连，该金属微带馈线左下角坐标为P(-24,25)，为微带天线b端口。所述下层接地板的设计尺寸满足以下要求；该接地板为边长为48mm的正方形，与所述介质基板大小一致且与介质基板下层完全重合。