[发明专利]一种用于微波能量收集的圆盘耦合馈电小型化圆极化天线

说明书

本发明公开了一种用于微波能量收集的圆盘耦合馈电小型化圆极化天线，包括介质板以及导电探针；在介质板的上侧面中心处设置有圆形金属层，并在圆形金属层的偏心位置处设置有偏心圆孔；在介质板内平行于上侧板面嵌入设置有一个耦合馈电圆盘，且耦合馈电圆盘的圆心偏离圆形金属层的圆心以及偏心圆孔的圆心。该圆极化天线通过在圆形金属层表面的偏心位置处开偏心圆孔，并对形成的圆环采用圆盘耦合馈电来抑制表面电感效应提升天线性能，在不改变天线增益的前提下，其贴片尺寸减小为传统形式的70.7％，最大辐射方向轴比为2.1dB，并且实现了圆极化，能够在保持天线阻抗特性、带宽及增益性能的同时，具有较好的小型化效果，因此有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种小型化圆极化天线，尤其是一种用于微波能量收集的圆盘耦合馈电小型化圆极化天线。

背景技术

随着技术的发展，天线的应用范围不断拓展，特别是近几年无线电能传输技术的发展，天线被广泛应用于微波无线能量传输(MWPT)系统中。MWPT主要依赖收发天线进行无线电能的远距离输送，在能量传输系统中，天线小型化技术有利于将能量收集装置集成到各类的用电设备上(如小型无人机等)，一直是一个值得研究的问题。对于MWPT系统，在接收端的微波整流电路只有在特定的输入功率下才能达到效率的峰值，这对接收天线输入功率的稳定性有要求，而圆极化天线不容易受到极化偏转的影响，可以提高接收端输入功率的稳定性，因此非常适用于微波能量收集系统。可以说，小型圆极化天线对于微波能量收集来说具有十分重要的意义。

目前已经有许多关于微带天线小型化技术的研究，若直接采用高介电常数的基片，就会带来严重的表面波效应，使得天线的辐射效率降低，前后比变差。一般传统的设计方式是在贴片表面开孔，由于在贴片表面开孔使电流绕流，相当于引入了级联电感，故贴片的尺寸会减小；也有一些学者设计了弯曲、折叠的微带线形式的小型天线，就是通过牺牲水平或者垂直距离来达到减小尺寸的目的；一些小型微带天线采用特殊的贴片形式，例如方环型的微带天线，环微带天线具有比普通贴片天线更小的尺寸(因为它增加了电流路径)，但是这也会造成50Ω阻抗匹配的困难；在设计圆极化微带天线的时候，馈电网络本身就占有一定的尺寸，这就给微带天线进一步小型化带来了诸多困难，如何把馈电网络设计得更小，近年来也有不少相关的研究。而微带天线实现圆极化的方法，最常用的就是通过双馈或者多馈的方式，在正交的方向上进行相位相差90度的馈电，从而激励起圆极化波，由于其馈电结构简单，这更有利于工程实现，所以实际应用中常出现。然而单馈圆极化对于设计精度要求高，且轴比难以优化，因此给天线设计带来了难度。

发明内容

发明目的：提供一种用于微波能量收集的圆盘耦合馈电小型化圆极化天线，能够在保证天线其他性能不劣化的前提下，具有很好的小型化效果，而且实现了圆极化，有利于天线用于稳定的微波能量收集。

技术方案：本发明所述的用于微波能量收集的圆盘耦合馈电小型化圆极化天线，包括介质板以及导电探针；在介质板的上侧面中心处设置有圆形金属层，并在圆形金属层的偏心位置处设置有偏心圆孔；在介质板内平行于上侧板面嵌入设置有一个耦合馈电圆盘，且耦合馈电圆盘的圆心偏离圆形金属层的圆心以及偏心圆孔的圆心；

介质板的下侧面为地板，导电探针的上端与耦合馈电圆盘的下侧面圆心处电连接，导电探针的下端与地板电连接。

进一步的，介质板包括上层介质板和下层介质板；上层介质板固定设置在下层介质板的上方；耦合馈电圆盘嵌入设置于上层介质板的下侧面与下层介质板的上侧面的连接处。

进一步的，下层介质板的厚度H2是上层介质板的厚度H1的两倍。

进一步的，下层介质板的厚度H2范围为1.8～2.2mm，上层介质板的厚度H1范围为0.9～1.1mm。

进一步的，下层介质板的厚度H2为2mm，上层介质板的厚度H1为1mm。

进一步的，上层介质板和下层介质板均为正方形板，且材质相同，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。