專利名稱：一種高增益的微帶輻射天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線微波能量傳輸領(lǐng)域中的一種發(fā)射裝置，即一種高增益微帶輻射天線。
背景技術(shù)：
微波的發(fā)展與應用是從產(chǎn)生微波振蕩與放大的器件開始的。1920 1940年期間， 微波電真空器件的研制取得了巨大成就。磁控管、速調(diào)管，以及多腔磁控管、雙腔速調(diào)管和反射速調(diào)管等相繼出現(xiàn)，不但能產(chǎn)生或放大微波信號，而且是兩類主要的微波功率源。它們的出現(xiàn)為微波能的應用打下了基礎。60年代出現(xiàn)的回旋管把微波推向了毫米波大功率領(lǐng)域，為微波能的應用展示了更為廣闊的前景。微波自出現(xiàn)以來，主要的應用是在雷達、通信、 導航、電視、遙感等信號傳輸領(lǐng)域，在二次世界大戰(zhàn)中以及戰(zhàn)后都有了飛速的發(fā)展。由于微波的熱效應，以美國、日本為首的國家70年代就開始發(fā)展家用微波爐。隨后，微波的應用又擴大到了干燥、加熱、殺菌、種子處理等工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。在醫(yī)學上也探索出了微波治癌、理療、 針炙等新的醫(yī)療手段?？梢?，微波能不但應用于國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域，而且還進入了家庭， 同我們?nèi)梭w自身有著密切的聯(lián)系。然而，作為微波能應用的重要方面一一微波能的空間傳輸，我們還知之不多。其實，微波輸能也是人類社會進步、微波技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。早在1968年，針對人類社會面臨的能源危機，彼得·格拉澤(Peter Glaser)提出了衛(wèi)星太陽能電站(Satellite Solar Powei^tation，簡稱SSPS)的設想。該電站用龐大的太陽能電池陣列在太空中將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，設計容量為1000萬千瓦。但是如何將這一強大的電能送到地球表面即成了一個大的問題。經(jīng)專家們反復論證，目前提出的最為可行方案就是采用“無線輸電”的方式，即通過微波將這一強大的電能帶回地球。80年代中后期，由加拿大通信研究中心著手研制的 SHARP (Stationary HighAItitude Relay Platform)高空永久平臺，靜止高度為 21 公里，視野覆蓋地面直徑達1000公里以上的區(qū)域，在廣播、電視、通訊、氣象、地面監(jiān)測等方面都將起重要作用。但是這一高空平臺靠什么能源才能穩(wěn)定在空中？通過對常規(guī)燃料的重量及其可靠性進行分析，他們得出的結(jié)論是微波供能是很好的解決辦法。目前我國駐守在島嶼的官兵，工作于山頭雷達站、導航站的工作人員，由于不便架設電線，他們的設備和生活用電大都采用柴油機組發(fā)電，而且燃油、配件等消耗材料往往靠人工運輸。這類應用要求的傳輸距離不大(一般小于50公里)，應用微波進電是切實可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設計了一種微帶柵格輻射天線，該天線是由若干微帶輻射單元和傳輸線單元組成的微帶陣列天線，可以直接50 Ω同軸線饋電。天線工作中心頻率2. 45GHZ，為實現(xiàn)阻抗匹配以及高增益特性，采用并行遺傳算法和數(shù)值算法對微帶柵格天線結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。柵格天線是一種由柵格單元組陣形成的天線，柵格天線具有結(jié)構(gòu)簡單，低剖面，饋電方便等特點，同時具有高增益、波束集中、低副瓣、線極化等輻射特性。傳統(tǒng)柵格天線采用金屬桿制作矩形柵格單元，每個矩形單元的尺寸取值為長一個波長，寬二分之一波長。金屬接地面與柵格單元陣列平行，接地面與柵格單元之間距離大約是四分之一波長，同軸饋線穿過接地面對柵格單元網(wǎng)絡中心饋電。


圖1是微帶柵格輻射天線示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體的實施方案對發(fā)明作進一步說明。微帶柵格輻射天線示意圖如圖1所示，圖中深色區(qū)域是金屬層，淺色區(qū)域為介質(zhì)基板，介質(zhì)基板采用介電常數(shù)=2.65r ε，厚度hi = Imm的聚四氟乙烯材料。柵格陣列由矩形微帶單元組陣構(gòu)成，微帶單元分別有X方面和Y方面兩種微帶線，X方面微帶線尺寸為 Wx Lx，Y方面微帶線尺寸為Wy Ly，根據(jù)柵格天線的輻射原理，電流在柵格的X方面的單元上電流相位一致，因此微帶柵格天線的主要輻射單元沿X軸方向放置的微帶線單元， 共有I3個單元，每個其余沿Y軸方向微帶線單元可看作傳輸線，同時起到傳輸能量和阻抗匹配的作用。因此X方面的微帶線相對Y方面的微帶線較寬，可以看作是單元的微帶貼片天線，而Y方面的微帶線是微帶傳輸線和饋電網(wǎng)絡的作用，保證了每個微帶貼片單元正常工作。通過自動優(yōu)化，最后得到性能優(yōu)良的天線參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果采用四個優(yōu)化設計得到的微帶柵格天線單元組成平面陣列，天線底部采用一整塊的金屬接地面，接地面與微帶柵格單元之間用聚四氟乙烯圓柱固定，保證兩者間距一致。接地面開有四個通孔，四根50 歐姆同軸線內(nèi)導體穿過接地面的通孔，分別對四個柵格天線單元進行饋電。
權(quán)利要求
1.一種高增益微帶柵格輻射天線，其特征在于，該天線是由若干微帶輻射單元和傳輸線單元組成的微帶陣列天線，可以直接50 Ω同軸線饋電。天線工作中心頻率2. 45GHZ，為實現(xiàn)阻抗匹配以及高增益特性，采用并行遺傳算法和數(shù)值算法對微帶柵格天線結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益微帶柵格輻射天線，其特征在于，天線工作中心頻率 2. 45GHZ，為實現(xiàn)阻抗匹配以及高增益特性，采用并行遺傳算法和數(shù)值算法對微帶柵格天線結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種微帶柵格輻射天線，該天線是由若干微帶輻射單元和傳輸線單元組成的微帶陣列天線，可以直接50Ω同軸線饋電。天線工作中心頻率2.45GHz，為實現(xiàn)阻抗匹配以及高增益特性，采用并行遺傳算法和數(shù)值算法對微帶柵格天線結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。柵格天線具有結(jié)構(gòu)簡單，低剖面，饋電方便等特點，同時具有高增益、波束集中、低副瓣、線極化等輻射特性。
文檔編號H01Q21/00GK102354804SQ20111016851
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者李智, 高寶強 申請人:高寶強