[发明专利]一种基于短路墙结构的宽波束双极化微带天线

说明书

本发明涉及一种宽波束双极化微带天线，包括主辐射贴片、基板、地平面和同轴馈电导体针，主辐射贴片设置在基板的上方，地平面设置在基板的底面，同轴馈电导体针的一端与主辐射贴片连接，同轴馈电导体针的另一端穿过基板后与地平面连接；还包括有第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片，第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片设置在基板的上方，第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片之间以主辐射贴片为圆心形成90度的圆心角；主辐射贴片、第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片上均设置有短路墙，短路墙包括至少8根短路针，短路墙的短路针的一端与主辐射贴片、第一寄生辐射贴片或第二寄生辐射贴片连接，短路墙的短路针的另一端穿过基板后与地平面连接。

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域，更具体地讲，是涉及一种基于短路墙结构的宽波束双极化微带天线。

背景技术

无线能量传输技术(MPT)是指能量通过无线传输从能量源传输到电负载的一个过程，它将电能转化为微波，让微波在自由空间中传送到目标位置，再经整流，转化成直流电能，提供直流供电。MPT可以实现远距离的能量传输，一直以来都是备受关注的研究点。

MPT收发天线处在系统的前端，负责将能量从自由空间中接收或发射出去，是MPT系统最重要的组成部件之一。为满足MPT系统性能的需要，收发天线应具有波束宽度大、效率高、整体尺寸小、增益高等特点。微带天线因为其尺寸小、易于集成等特点，一直以来都是MPT技术研究领域的一大热点。

但由于传统的微带天线具有波束宽度窄、带宽窄、增益小、辐射效率低等缺陷，使得其在诸多的应用场合中受到限制。尤其在无线能量传输的接收端，天线被要求在更宽的方向内具更高的有效接收能量，传统天线在这个场合受到更大的限制。

发明内容

本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种基于短路墙结构的宽波束双极化微带天线，该天线实现了更宽的半功率波束宽度。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于短路墙结构的宽波束双极化微带天线，包括主辐射贴片、基板、地平面和同轴馈电导体针，其中主辐射贴片设置在基板的上方，地平面设置在基板的底面，同轴馈电导体针的一端与主辐射贴片连接，同轴馈电导体针的另一端穿过基板后与地平面连接，所述双极化微带天线还包括有第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片，第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片设置在基板的上方，第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片之间以主辐射贴片为圆心形成90度的圆心角；所述主辐射贴片、第一寄生辐射贴片、第二寄生辐射贴片上均设置有短路墙，所述短路墙包括至少8根短路针，所述短路墙的短路针的一端与主辐射贴片、第一寄生辐射贴片或第二寄生辐射贴片连接，所述短路墙的短路针的另一端穿过基板后与地平面连接。

上述方案中，主辐射贴片作为主辐射单元，微波能量由同轴馈电导体针激励主辐射单元，然后耦合到第二寄生辐射贴片、第一寄生辐射贴片中，将微波能量有效地辐射到自由空间中。其中微带天线利用短路墙与地平面进行连接，增强寄生辐射贴片上的电流分布，同时将地平面也作为辐射体，可以拓宽天线的波束宽度，同时实现天线的小型化。另外本发明提供天线的第二寄生辐射贴片、第一寄生辐射贴片的对称结构使天线在两个方向上能实现对称的电流分布，从而使铅直方向的两个垂直平面上都有相似的宽波束辐射，实现宽波束的双极化微带天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的宽波束双极化微带天线，半功率波束宽度大、方向性好，在铅直方向的两个垂直平面上能实现对称的辐射；能在一个较宽的范围内接收更多的能量，适用于WPT系统作为接收天线。

2)本发明提供的宽波束双极化的微带天线，能够有效地将能量辐射出去，工作效率高。

3)本发明提供的宽波束双极化的微带天线，通过短路墙使寄生辐射贴片与地平面连接起来，增大的辐射体的尺寸，增大了波束宽度；与不加短路墙的天线相比，半功率波束宽度提高了77％左右。