一種用于無線輸電的微帶天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于無線輸電的微帶天線，特別是涉及一種新型的高效率低 剖面的無線輸能天線，屬于無線輸能領域。
【背景技術】
[0002] 100多年前，NikolaTesla對無線輸電投入了大量的努力，人們一直期望電能能夠 通過無線的方式進行傳輸，拋開電力線的束縛。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，無線輸電技術獲得了 長足的發(fā)展。目前為止，無線輸電的方式主要有三種：感應耦合、諧振耦合和借助于無線電 波的微波輸能。感應耦合方式利用兩個線圈來實現(xiàn)，一個作為發(fā)射線圈，另外一個作為接收 線圈，兩個線圈之間通過磁感應耦合實現(xiàn)電能的無限傳輸；這種方式的優(yōu)點是效率比較高， 傳輸功率大，缺點是傳輸距離比較短，不適合遠距離輸電。諧振耦合方式利用兩個（電、磁 或者電磁）諧振器實現(xiàn)電能的無線輸送；這種方式的優(yōu)點是效率較高，適合于中距離傳輸， 輸送電能的功率高，缺點是傳輸距離不夠遠，不適合遠距離的電力輸送。微波輸能方式通 過發(fā)射天線將電能以電磁波的形式輻射出去，在接收端利用接收天線將能量收集起來；這 種輸電方式非常靈活，傳輸距離可近可遠，功率可高可低，是一種非常有前途的無線輸電方 式。
[0003] 微波輸能這種輸電方式要利用電磁波來傳輸電能，輻射電磁波和接收電磁波的天 線沒有經(jīng)過很好的設計，那么電磁在空間中將是發(fā)散的，勢必造成無線輸電效率的下降。為 了保證電磁波能量在空間傳輸時不擴散，電磁波必須像光一樣能聚集到接收天線，通常采 用的是拋物面天線。但拋物面天線比較厚，不適合于對天線要求低剖面的場合。因此，需要 設計能夠將能量聚集到接收天線上并且具低剖面的無線輸能天線是解決這一問題的關鍵。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種用于無線輸電的微帶天線，是能夠 將能量聚集到接收天線上，并且具有高效率低剖面的無線輸能天線。
[0005] 本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0006] 一種用于無線輸電的微帶天線，包括基板、饋電網(wǎng)絡、36個輻射單元，所述36個輻 射單元呈等間隔排列成6*6的方形陣，相鄰兩個輻射單元之間的間距為60mm，所述饋電網(wǎng) 絡用于連接36個輻射單元，且饋電網(wǎng)絡與36個輻射單元處于同一平面，所述饋電網(wǎng)絡和36 個輻射單元均設置于基板的其中一面上。
[0007] 進一步的，所述基板的另一面敷銅并接地。
[0008] 優(yōu)選的，所述饋電網(wǎng)絡包括傳輸線、以及通過傳輸線相連的4個一分三功分器、27 個一分二功分器、12個四分之一波長阻抗變換器。
[0009] 優(yōu)選的，所述福射單元為patch天線單元。
[0010] 優(yōu)選的，所述基板為厚度為3mm的FR4基板。
[0011] 本實用新型采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：
[0012] 1、本實用新型用于無線輸電的微帶天線，中心工作頻率為2. 45GHz，天線單元之間 的間距為60mm，無線輸電的距離是150mm，以單個patch天線作為接收天線時傳輸效率可以 達到27. 7%，若以與發(fā)射天線相同的天線作為接收天線，效率可以達到55%。
[0013] 2、本實用新型用于無線輸電的微帶天線，結構簡單，能量傳輸效率較高，剖面較 低。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型無線輸電的微帶天線的結構示意圖。
[0015] 圖2是本實用新型單個patch天線單元（微帶貼片）的結構示意圖。
[0016] 圖3是本實用新型能夠實現(xiàn)表中各patch天線單元饋最佳激勵的一種饋電網(wǎng)絡示 意圖，其中1、2、……37代表各端口。
[0017] 圖4是本實用新型無線輸電的微帶天線和單個patch接收天線的系統(tǒng)示意圖，其 中x、y、z代表三維直角坐標系的x軸、y軸、z軸，圓心在發(fā)射天線陣列的中心。
[0018] 圖5是本實用新型發(fā)射天線陣列沿z軸方向的電場歸一化圖。
[0019] 圖6是本實用新型發(fā)射天線陣列在聚焦平面沿x軸方向的電場分布圖。
[0020] 圖7是本實用新型發(fā)射天線陣列在聚焦平面沿y軸方向的電場分布圖。
[0021] 圖8是本實用新型發(fā)射天線陣列在最大電場強度密度所在平面的電場強度分布 圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通 過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用 新型的限制。
[0023] 如圖1所示，為本實用新型無線輸電的微帶天線的結構示意圖，由36個patch天 線單元、饋電網(wǎng)絡、基板和接地板組成。36個patch天線單元等間隔排列成6*6的方形陣列， patch之間的間距為60mm。饋電網(wǎng)絡將36個patch天線單元連接起來，并與各patch天線 單元處于同一水平面上。射頻能量從饋電網(wǎng)絡1端口饋入，通過功分器、四分之一波長阻抗 變換器、傳輸線饋送到各個patch天線單元。在patch天線單元和饋電網(wǎng)絡下面是3mm厚 的FR4基板，基板下面是接地板，全部敷銅。在接地板和饋電網(wǎng)絡1端口處焊接SMA接頭。 饋電網(wǎng)絡的作用是經(jīng)過1端口饋入的射頻信號，經(jīng)過饋電網(wǎng)絡之后到達各patch天線單元， 使各patch天線單元獲得下表所示的最佳激勵。
[0024] 如圖2所示，為本實用新型單個patch天線單元（微帶貼片）的示意圖。
[0025] 如圖3所示，為本實用新型能夠實現(xiàn)下表各patch天線單元饋最佳激勵的一種饋 電網(wǎng)絡示意圖，其中1、2、......37代表各個與patch天線單元連接的端口，饋電網(wǎng)絡由4個 一分三功分器、27個一分二功分器、12個四分之一波長阻抗變換器以及傳輸線組成，能量 由中心1端口饋入，每個分叉口都設有一個功分器，用于將能量饋送到各個patch天線單 元。各patch天線單元的最佳激勵如下表所示，最佳激勵可以使各patch天線單元福射的 電磁波在垂直于patch天線單元所在平面正上方150mm處形成最佳的疊加，S卩最佳的能量 聚集，以達到最佳的傳輸效率。
[0026] 表各patch天線單元的最佳激勵
[0027]
【主權項】
1. 一種用于無線輸電的微帶天線，其特征在于：包括基板、饋電網(wǎng)絡、36個輻射單元， 所述36個輻射單元呈等間隔排列成6 *6的方形陣，相鄰兩個輻射單元之間的間距為60mm， 所述饋電網(wǎng)絡用于連接36個輻射單元，且饋電網(wǎng)絡與36個輻射單元處于同一平面，所述饋 電網(wǎng)絡和36個輻射單元均設置于基板的其中一面上。
2. 如權利要求1所述用于無線輸電的微帶天線，其特征在于：所述基板的另一面敷銅 并接地。
3. 如權利要求2所述用于無線輸電的微帶天線，其特征在于：所述饋電網(wǎng)絡包括傳輸 線、以及通過傳輸線相連的4個一分三功分器、27個一分二功分器、12個四分之一波長阻抗 變換器。
4. 如權利要求2所述用于無線輸電的微帶天線，其特征在于：所述福射單元為patch 天線單元。
5. 如權利要求2所述用于無線輸電的微帶天線，其特征在于：所述基板為厚度為3_ 的FR4基板。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于無線輸電的微帶天線，包括基板、饋電網(wǎng)絡、36個輻射單元，所述36個輻射單元呈等間隔排列成6*6的方形陣，相鄰兩個輻射單元之間的間距為60mm，所述饋電網(wǎng)絡用于連接36個輻射單元，且饋電網(wǎng)絡與36個輻射單元處于同一平面，所述饋電網(wǎng)絡和36個輻射單元均設置于基板的其中一面上。本實用新型用于無線輸電的微帶天線，結構簡單，能量傳輸效率較高，剖面較低。
【IPC分類】H01Q1-50, H01Q21-00, H01Q1-38, H02J17-00
【公開號】CN204441468
【申請?zhí)枴緾N201520168501
【發(fā)明人】王峰, 周春宇, 劉琪, 潘於銘, 石少杭
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月24日