[發(fā)明專利]一種基于短路針結(jié)構(gòu)的微帶天線陣列

在審

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• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107275762A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚洪舟;付超;區(qū)俊輝;黃靜文;路崇;安德烈·安德烈尼克
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國際聯(lián)合研究院;中山大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q21/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線能量傳輸領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于短路針結(jié)構(gòu)的微帶天線陣列。

背景技術(shù)

微波能量傳輸(MPT，Microwave Power Transmission)是指在微波頻段利用無線的形式實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。Arthur D.Little公司的Dr.Peter Glaser最初提出了在偏遠(yuǎn)地區(qū)向無人機(jī)(UAVs)供電和空間太陽能發(fā)電(SSP)的想法，由此誕生了MPT這一概念。MPT技術(shù)首先在長距離、大功率應(yīng)用方面受到青睞，如SPS上的能量傳輸為臨近空間飛行器供能；地面沙漠、孤島、峽谷等復(fù)雜環(huán)境中的電能輸送問題。此外，MPT技術(shù)在低功率應(yīng)用方面亦展現(xiàn)出誘人的前景。目前，MPT技術(shù)在國際、國內(nèi)受到越來越多的關(guān)注。

MPT微波發(fā)射天線的作用是將微波發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的射頻能量發(fā)射到自由空間中。微波接收天線是微波無線輸能系統(tǒng)的接收組件之一，是接收整流天線的能量前端，實(shí)現(xiàn)對射頻能量的接收。作為MPT系統(tǒng)的核心部分之一，微帶天線一直以來都是MPT技術(shù)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

但由于傳統(tǒng)的微帶天線帶寬窄、增益小、輻射效率低等缺陷，使得其在諸多的應(yīng)用場合中受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決以上現(xiàn)有技術(shù)的微帶天線增益小的缺陷，提供了一種基于短路針結(jié)構(gòu)的微帶天線陣列，短路針結(jié)構(gòu)對微帶天線陣列的增益進(jìn)行了增強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種基于短路針結(jié)構(gòu)的微帶天線陣列，包括輻射板、共地基板、短路針和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述輻射板的數(shù)量至少為2塊，所述至少2塊輻射板設(shè)置在共地基板的上方，所述每塊輻射板與共地基板之間留有用于空氣介質(zhì)填充的間距；所述每塊輻射板分別與一同軸饋電的導(dǎo)體針的一端連接，同軸饋電的導(dǎo)體針的另一端穿過共地基板后與饋電網(wǎng)絡(luò)電氣連接；所述每塊輻射板分別與一組短路針的一端電氣連接，短路針的另一端與共地基板電氣連接；所述同軸饋電的導(dǎo)體針與共地基板之間不進(jìn)行電氣連接。

進(jìn)一步地，所述天線陣列還包括有SMA頭，同軸饋電的SMA頭的探針與饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端電氣連接。

上述方案中，本發(fā)明提供的天線陣列利用短路針干擾輻射板上的電流分布，實(shí)現(xiàn)天線陣列的增益增強(qiáng)。

上述方案中，輻射板的輻射面作為輻射單元，共地基板作為地平面。饋電網(wǎng)絡(luò)采用Wilkinson功率分配器的級聯(lián)形式，保證各輻射單元的振幅和相位一致。輻射單元與饋電網(wǎng)絡(luò)之間利用導(dǎo)體針進(jìn)行激勵(lì)。微波能量由同軸饋電的SMA頭輸入，通過饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量分配，再經(jīng)由導(dǎo)體針激勵(lì)輻射單元，將微波能量輻射到自由空間中。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在共地基板的底面上，所述饋電網(wǎng)絡(luò)與共地基板之間不進(jìn)行電氣連接。

優(yōu)選地，所述與每塊輻射板連接的一組短路針包括四根短路針，所述四根短路針的兩端分別與共地基板、輻射板連接。

優(yōu)選地，所述輻射板包括覆銅層和介質(zhì)層，覆銅層的底面與介質(zhì)層的頂面貼合；所述共地基板包括覆銅層和介質(zhì)層，覆銅層的底面與介質(zhì)層的頂面貼合；饋電網(wǎng)絡(luò)通過同軸饋電的導(dǎo)體針依次穿過共地基板的介質(zhì)層、共地基板的覆銅層、輻射板的介質(zhì)層后與輻射板的覆銅層電氣連接；所述饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在共地基板的底面上。共地基板的覆銅層作為地平面，饋電網(wǎng)絡(luò)位于共地基板的下表面，輻射板的覆銅層作為輻射單元。兩覆銅層之間間隔著介質(zhì)層和空氣隙，由此，兩覆銅層之間的相對介電常數(shù)減少，有利于抑制各元素間雜散波的互耦串?dāng)_，減少天線陣列的交叉極化，提高天線陣列的增益。

優(yōu)選地，所述短路針的一端與共地基板的覆銅層電氣連接，短路針的另一端穿過輻射板的介質(zhì)層后與輻射板的覆銅層電氣連接。

優(yōu)選地，所述輻射板均采用聚四氟乙烯單面覆銅板，共地基板采用聚四氟乙烯雙面覆銅板，所述的短路針為圓柱型金屬導(dǎo)體，所述饋電網(wǎng)絡(luò)利用共地基板底面的覆銅層制成。

優(yōu)選地，所述輻射板的橫向剖面呈圓形，所述共地基板的橫向剖面呈正方形。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明提供的微帶天線陣列，增益高、方向性好；作用距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)。

2)本發(fā)明提供的微帶天線陣列，輻射效率高，使得發(fā)射(接收)的微波能量得以充分利用。

3)本發(fā)明提供的微帶天線陣列，通過短路針干擾輻射板上的電流分布，實(shí)現(xiàn)了天線陣列的增益增強(qiáng)，與同類型的傳統(tǒng)天線相比，增益提高了50％左右。