[发明专利]一种基于表面开槽的双频微带贴片天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线信号与能量传输领域，更具体地，涉及一种基于表面开槽的双频微带贴片天线。

背景技术

并发无线能量与信号传输(SWIPT)是指信号加载在强载波射频能量中，从能量源并发传输到信号接收终端或能量接受终端的一个过程。复合信号通过射频辐射在自由空间传播，并被各终端接收。信号接收终端能正常接收复合信号并解调出有用信息，同时能量接收终端通过整流转化为直流电能，提供直流供电。SWIPT可以实现远距离的能量与信号传输，近年来成为研究热点。

在能量接收或信号接收系统中，天线处在系统的最前端，负责将能量从自由空间中转换到后级电路加以利用。随着现在通信系统的发展，通信系统呈现双频带/多频带的发展态势，为使SWIPT兼容多频信号，接收天线应具备双频或多频的接收特性，并保证双频或多频工作模式下，天线的辐射特性相似，以适应特定的应用场合。同时，作为系统的一部分，为增强实用性，天线应具备剖面低，重量小，易制作，易集成的特性。

微带天线具备剖面低，重量小，易制作的特性，辐射特性变化相对灵活。但在传统的微带天线中，双频特性的实现通常伴随着体积的提升，或者辐射特性的改变，甚至辐射强度的弱化。同时，由于双频特性结构分析的复杂性，其双频的高低频比的范围不大，这使得微带天线在多频带，频率比比较大的接收应用场合中受到限制。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种基于表面开槽的双频微带贴片天线，该天线在不降低辐射效率和方向增益的前提下，实现了更宽更灵活的双频/多频频率比，并使所有辐射工作模式都具有相似的辐射特性。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于表面开槽的双频微带贴片天线，包括辐射贴片、地平面、地平面基板、同轴馈电导体针和馈电微带线；所述辐射贴片的横向剖面呈圆形，所述地平面的横向剖面呈正方形；其中所述辐射贴片水平设置在地平面基板的上方，辐射贴片与地平面基板之间留有间距；地平面设置在地平面基板的顶面上，地平面的中心与辐射贴片的圆心在垂直方向上重合；所述馈电微带线设置在地平面基板的底面上，馈电微带线与同轴馈电导体针的一端连接，同轴馈电导体针的另一端穿过地平面基板、地平面后与辐射贴片上的馈电点电连接，所述同轴馈电导体针与地平面之间不进行电气连接；所述馈电点的设置位置与地平面的对角线相对应；所述辐射贴片上开设有一弧状开槽，所述弧状开槽的内弧与外弧的圆心与辐射贴片的圆心重合。

上述方案中，辐射贴片作为主要辐射单元，微波能量由馈电微带线传输到同轴馈电导体针，并由同轴馈电导体针激励辐射单元，将微波能量有效地辐射到自由空间中。由于在辐射单元引入开槽，扰动了辐射单元表面的电流分布，将在传统不带开槽的辐射贴片的工作模式基础上增加额外的辐射工作模式。同时通过引入相对开槽不对称的位于地平面对角线上的馈电点位置，使得辐射贴片在两个极化平面上的电流分布情况产生差异，从而产生更多不同频率的辐射模式，进一步扩宽双频/多频应用的频率比范围。由于开槽与非对称馈电点位置对辐射贴片表面电流的双重扰动，改善了基于TM₀₂模式下辐射贴片的辐射特性，使其更接近于主模TM₁₁模的辐射模式。为克服传统开槽技术带来的辐射效率与方向增益降低的问题，本发明引入空气介质，有效提高了辐射效率与方向增益。同时引入同轴-微带线过渡结构，使得本发明的天线能更紧凑、损耗更低地与后级射频电路连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的天线，具备双频/多频的工作特性，所有频率的工作模式下的辐射特性较为相似，能作为雷达、WIFI系统的发射天线，并在多频情况下有效定向辐射能量。

2)本发明提供的天线具有灵活的工作模式可选性，并实现了比传统双频天线更宽的高低频率比范围，达到1.17至2.21；

3)本发明提供的天线相比传统的双频天线辐射效率更高，达到86％以上，辐射增益更高，所有模式最大增益均达到8.2dBi以上。

4)本发明提供的天线具有更高集成度，易于与射频电流进行连接，结构紧凑。

附图说明

图1为天线的横向与纵向的剖面示意图。

图2为实施例2在不同频段的最优反射系数曲线图。

图3为实施例2在不同频段的辐射效率与增益图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1