[发明专利]一种微带天线及其组成的阵列、阵列组和阵列组群

说明书

技术领域

    本发明属于微波输能技术领域，尤其是微波输能的接收天线，具体涉及一种微带天线及其组成的阵列、阵列组和阵列组群。

背景技术

微波输能（MPT：Microwave Power Transmission）是通过自由空间将能量直接从发射端传送到接收端，一般微波能量传输分为三步：1）直流（DC）电能转化为射频能量，并通过发射天线将射频能量发射出去；2）射频能量在空间的一定距离传输；3）能量在接收端被收集并转化为直流（DC）电能。由于微波传输损耗只有大气损耗、雨衰和遮挡物损耗等；而且微波波束强度和方向易于控制，使功率密度满足国际安全标准的要求。

整流天线作为微波输能的主要部件之一，是目前研究的重点和热点，其又分为接收天线和整流电路两个部分。为充分而有效地接收微波能量，要求接收天线的工作频带较宽、接收面积大、增益高，从而提高微波能量的利用率。早期采用铝条接收天线，其接收功率大，缺点是笨重，为了减轻重量以及节约金属材料，平面型微带天线成了研究重点。而平面型微带贴片天线具有剖面薄、体积小、重量轻、易于载体表面形成共形结构等优点，所述微带天线是指在金色接地板的介质基层上沉积或贴附所需形状金属条、片所构成的天线。但是由于相邻辐射单元之间存在一定的间距或空隙，降低了微波的接收效率，无法形成全覆盖的接收天线系统；而且微带天线的频带较窄。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高增益、宽频带的微带天线阵列及其组成的微带天线阵列组和微带天线阵列组群，其采用叶形的辐射单元并以阵列的方式排布，以实现微带天线的频带的拓宽和平面上具有全向性；将所述微带天线阵列排布成微带天线接收系统，其接收面积大，有利于提高微波利用率。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种微带天线，结构中包括接地介质板和垂直设置在所述接地介质板上的、设有辐射单元的辐射介质板；所述接地介质板的下表面和上表面分别设有金属薄层和与所述辐射单元连接的微带线馈电线路，所述辐射单元的形状为披针形、扇形、矛形、心形、卵形或匙形。

一种微带天线阵列，所述辐射单元在所述辐射介质板上按行排列成线形的微带天线阵列，所述辐射单元分别与微带线馈电线路连接，微带线馈电线路为串联结构。

一种微带天线阵列组，由2~8个所述微带天线阵列以辐射介质板相互平行、接地介质板同平面、辐射单元相互交错的方式排布成叶镶嵌式微带天线阵列组。

所述微带天线阵列组以接地介质板相互平行、相应的辐射介质板平行的方式排布成辐射单元紧密排列的微带天线阵列群组。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：1）通过理论分析和仿真验证，本发明的披针形、扇形、矛形或匙形的辐射单元具有很宽的工作带宽和平面上的全向性；所述的工作带宽分别为：披针形、2.12——19.27GHz，扇形、4.76——7.58GHz，矛形2.20——2.74GHz，心形、2.04——12.11GHz，卵形、2.25——12.45GHz，匙形、2.17——2.78GHz；

2）本发明模仿叶镶嵌的方式，将辐射单元交错排布，覆盖天线接收面的大部分空间以保证最大的接收面积；由于作为接地板的金属反射层对平面波有反射作用，本发明的微带天线采用辐射单元所在的面与金属反射层所在的面垂直，有效避免了接地板对平面波的反射而产生耦合现象；

3）本发明在微波输能的接收天线中引入小型贴片天线，并通过微带天线组群，便于接收天线系统的组装、拆卸和升级改造。

附图说明

图1是本发明微带天线阵列的立体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明2个微带天线阵列组成的微带天线阵列组的立体图；

图4是图3的俯视透视图；

图5是本发明4个微带天线阵列的组成的微带天线阵列组群的立体图；

图6是图5的俯视透视图；

图7是微带天线阵列组群的另一个实施例的俯视透视图；

图8a~f是本发明分别是披针形、扇形、矛形、心形、卵形和匙形辐射单元在2.4GHz的水平面远场归一化方向图；

图9是本发明针形、扇形、矛形、心形、卵形和匙形辐射单元的反射系数（S11）图；

附图中，1、辐射介质板，2、接地介质板，3、微带线馈电线路、4、辐射单元，5、金属反射层，6、微带天线阵列，7、微带天线阵列组，8、微带天线阵列组群。

具体实施方式