本發明專利技術公開了一種低損耗射頻能量收集微帶天線，包括由上到下尺寸一致且相互貼合的介質覆蓋層、介質基板和接地板，其中與介質覆蓋層貼合一側的介質基板上貼附有金屬天線貼片，介質基板的中部設有垂直貫穿介質基板的圓柱形金屬導體，接地板上設有與圓柱形金屬導體底面同心的圓孔。本發明專利技術具有更低的回波損耗、良好的阻抗匹配和駐波比以及較高的增益，從而能夠高效接收環境中的射頻能量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電磁能量接收天線
，具體涉及一種用于接收環境中射頻能量的低損耗射頻能量收集微帶天線。
技術介紹
比較了目前主流的三種無線傳輸方式，即電磁感應方式、電磁波方式和磁耦合諧振方式。分析了這三種方式各自的優缺點，如傳輸距離，傳輸功率、傳輸效率以及應用范圍，發現電磁波無線傳輸方式具有為低功率傳感器供電的特點。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是提供了一種結構簡單且設計合理的低損耗射頻能量收集微帶天線，該天線較其它天線而言擁有的更小的尺寸、相對較低的回撥損耗、良好的阻抗匹配和較高的增益。本專利技術為解決上述技術問題采用如下技術方案，低損耗射頻能量收集微帶天線，其特征在于包括由上到下尺寸一致且相互貼合的介質覆蓋層、介質基板和接地板，其中與介質覆蓋層貼合一側的介質基板上貼附有金屬天線貼片，介質基板的中部設有垂直貫穿介質基板的圓柱形金屬導體，接地板上設有與圓柱形金屬導體底面同心的圓孔；所述介質覆蓋層的材料為RogersRO6002，介電常數εr＝2.94，厚度d＝0.51mm，長度和寬度均為30mm；所述金屬天線貼片的圓形覆蓋面的半徑為0.103852λ，其中λ＝122mm，λ為2.45GHz射頻的波長，厚度為0.02mm，材料為銅，所述介質基板的材料為RogersRO6010，介電常數εr＝10.2，厚度d＝2.54mm，長度和寬度均為30mm，金屬天線貼片的中心點與介質基板上表面的中心點位置一致；所述金屬天線貼片的設計形狀及尺寸滿足如下要求，建立平面直角坐標系，將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為18mm的線段一，將線段一以點(18mm，0mm)作為旋轉點逆時針旋轉114°得到線段二，將線段二以直線為對稱軸作鏡面對稱得到線段三，線段二和線段三的交點為此點在直線上，再次將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為2.5mm的線段，以B(2.5mm，-1.25mm)為第一個曲線的圓心，以A(2.5mm，0mm)為一端點，以B1(3.75mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r1＝1.25mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸及y軸正方向凸出的圓弧，以C(4.0625mm，-1.25mm)為第二個曲線的圓心，以B1(3.75mm，-1.25mm)為一端點，以C1(4.375mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r2＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以D(4.6875mm，-1.25mm)為第三個曲線的圓心，以C1(4.375mm，-1.25mm)為一端點，以D1(5mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r3＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸正方向凸出的圓弧，以E(5.625mm，-1.25mm)為第四個曲線的圓心，以D1(5mm，-1.25mm)為一端點，以E1(6.25mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r4＝0.625mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以F(7.5mm，-1.25mm)為第五個曲線的圓心，以E1(6.25mm，-1.25mm)為一端點，以F1(7.5mm，0mm)為另一端點，半徑r5＝1.25mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸負方向及y軸正方向凸出的圓弧，以G(7.5mm，-2.5mm)為第六個曲線的圓心，以F1(7.5mm，0mm)為一端點，以G1(10mm，-2.5mm)為另一端點，半徑r6＝2.5mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸及y軸正方向凸出的圓弧，以H(11.875mm，-2.5mm)為第七個曲線的圓心，以G1(10mm，-2.5mm)為一端點，以H1(13.75mm，-2.5mm)為另一端點，半徑r7＝1.875mm，作出圓周角為180°，方向為向y軸負方向凸出的圓弧，以I(16.25mm，-2.5mm)為第八個曲線的圓心，以H1(13.75mm，-2.5mm)為一端點，以I1(16.25mm，0mm)為另一端點，半徑r8＝2.5mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸負方向及y軸正方向凸出的圓弧，以I1(16.25mm，0mm)為一端點，b(18mm，0mm)為另一端點，作一長度為1.75mm的線段，在x軸和y軸平面內得到初始圖形一，將初始圖形一以直線為對稱軸作鏡面對稱得到初始圖形二，初始圖形一、初始圖形二、線段二和線段三合并得到旋轉圖形一，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉72°，得到旋轉圖形二，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉144°，得到旋轉圖形三，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉216°，得到旋轉圖形四，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉288°，得到旋轉圖形五，旋轉圖形一、旋轉圖形二、旋轉圖形三、旋轉圖形四和旋轉圖形五合并得到封閉圖形，將封閉圖形的圓形覆蓋面的半徑縮小到原來的0.40639倍得到所需金屬天線貼片的設計形狀及尺寸，按照設計形狀及尺寸裁剪得到金屬天線貼片；所述圓柱形金屬導體的一端與金屬天線貼片連接，圓柱形金屬導體的材料為銅，其底面半徑r＝0.5mm，厚度d＝2.54mm，圓柱形金屬導體與金屬天線貼片的連接處圓心與介質基板四條側邊的垂直距離分別為16.59mm、16.59mm、13.41mm和13.41mm，與圓柱形金屬導體相對的接地板上圓孔的孔徑R＝1.9mm，所述圓柱形金屬導體另一端的輸出接口與能量管理電路相連，該能量管理電路用于將吸收到的能量進行儲存。本專利技術的技術效果為：低損耗射頻能量收集微帶天線具有更低的回波損耗、良好的阻抗匹配和駐波比以及較高的增益，從而能夠高效接收環境中的射頻能量。附圖說明圖1是金屬天線貼片的結構示意圖；圖2是低損耗射頻能量收集微帶天線結構示意圖；圖3是利用HFSS天線模擬仿真軟件模擬的低損耗射頻能量收集微帶天線的回波損耗圖；圖4是利用HFSS天線模擬仿真軟件模擬的低損耗射頻能量收集微帶天線的駐波比圖。圖中：1、介質覆蓋層，2、介質基板，3、接地板，4、金屬天線貼片，5、圓柱形金屬導體，6、圓孔。具體實施方式下面將結合本專利技術中的附圖，對本專利技術具體實施過程中的技術方案進行清楚、完整、具體的描述。此專利技術的核心部分是低損耗射頻能量收集微帶天線設計，在微帶天線設計時需要對低損耗射頻能量收集微帶天線的金屬天線貼片的尺寸，介質基板的尺寸、厚度進行理論上的估算，才能在模擬實驗的時候更加快速精確的找到適合特定頻率的低損耗射頻能量收集微帶天線。所以下面以矩形微帶天線為例，講解微帶天線各個數據參數的理論計算方法。貼片尺寸L×W，貼片寬度W為：W=c2f0(ϵr+12)-12---(1)]]>在(1)式中，c為光速，f0為禁帶中心頻率，εr為相對介電常數。微帶天線介質基板的相對有效介電常數εre為：ϵre=ϵr+12+ϵr-12(1+12hW)-12---(2)]]>h表示介質層厚度，為了降低表面波輻射對天線性能的影響，介質基片的厚度應該滿足一下的理論計算公式：h≤0.3c2πfuϵr---(3)]]>其中fu為微帶天線的工作的最高頻率。微帶天線的等效輻射縫隙長度△L為：ΔL=0.412h(ϵre+0.3本文檔來自技高網...
【技術保護點】
低損耗射頻能量收集微帶天線，其特征在于包括由上到下尺寸一致且相互貼合的介質覆蓋層、介質基板和接地板，其中與介質覆蓋層貼合一側的介質基板上貼附有金屬天線貼片，介質基板的中部設有垂直貫穿介質基板的圓柱形金屬導體，接地板上設有與圓柱形金屬導體底面同心的圓孔；所述介質覆蓋層的材料為Rogers?RO6002，介電常數εr＝2.94，厚度d＝0.51mm，長度和寬度均為30mm；所述金屬天線貼片的圓形覆蓋面的半徑為0.103852λ，其中λ＝122mm，λ為2.45GHz射頻的波長，厚度為0.02mm，材料為銅，所述介質基板的材料為Rogers?RO6010，介電常數εr＝10.2，厚度d＝2.54mm，長度和寬度均為30mm，金屬天線貼片的中心點與介質基板上表面的中心點位置一致；所述金屬天線貼片的設計形狀及尺寸滿足如下要求，建立平面直角坐標系，將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為18mm的線段一，將線段一以點(18mm，0mm)作為旋轉點逆時針旋轉114°得到線段二，將線段二以直線為對稱軸作鏡面對稱得到線段三，線段二和線段三的交點為此點在直線上，再次將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為2.5mm的線段，以B(2.5mm，?1.25mm)為第一個曲線的圓心，以A(2.5mm，0mm)為一端點，以B1(3.75mm，?1.25mm)為另一端點，半徑r1＝1.25mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸及y軸正方向凸出的圓弧，以C(4.0625mm，?1.25mm)為第二個曲線的圓心，以B1(3.75mm，?1.25mm)為一端點，以C1(4.375mm，?1.25mm)為另一端點，半徑r2＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以D(4.6875mm，?1.25mm)為第三個曲線的圓心，以C1(4.375mm，?1.25mm)為一端點，以D1(5mm，?1.25mm)為另一端點，半徑r3＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸正方向凸出的圓弧，以E(5.625mm，?1.25mm)為第四個曲線的圓心，以D1(5mm，?1.25mm)為一端點，以E1(6.25mm，?1.25mm)為另一端點，半徑r4＝0.625mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以F(7.5mm，?1.25mm)為第五個曲線的圓心，以E1(6.25mm，?1.25mm)為一端點，以F1(7.5mm，0mm)為另一端點，半徑r5＝1.25mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸負方向及y軸正方向凸出的圓弧，以G(7.5mm，?2.5mm)為第六個曲線的圓心，以F1(7.5mm，0mm)為一端點，以G1(10mm，?2.5mm)為另一端點，半徑r6＝2.5mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸及y軸正方向凸出的圓弧，以H(11.875mm，?2.5mm)為第七個曲線的圓心，以G1(10mm，?2.5mm)為一端點，以H1(13.75mm，?2.5mm)為另一端點，半徑r7＝1.875mm，作出圓周角為180°，方向為向y軸負方向凸出的圓弧，以I(16.25mm，?2.5mm)為第八個曲線的圓心，以H1(13.75mm，?2.5mm)為一端點，以I1(16.25mm，0mm)為另一端點，半徑r8＝2.5mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸負方向及y軸正方向凸出的圓弧，以I1(16.25mm，0mm)為一端點，b(18mm，0mm)為另一端點，作一長度為1.75mm的線段，在x軸和y軸平面內得到初始圖形一，將初始圖形一以直線為對稱軸作鏡面對稱得到初始圖形二，初始圖形一、初始圖形二、線段二和線段三合并得到旋轉圖形一，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉72°，得到旋轉圖形二，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉144°，得到旋轉圖形三，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉216°，得到旋轉圖形四，將旋轉圖形一以點為旋轉點，順時針旋轉288°，得到旋轉圖形五，旋轉圖形一、旋轉圖形二、旋轉圖形三、旋轉圖形四和旋轉圖形五合并得到封閉圖形，將封閉圖形的圓形覆蓋面的半徑縮小到原來的0.40639倍得到所需金屬天線貼片的設計形狀及尺寸，按照設計形狀及尺寸裁剪得到金屬天線貼片；所述圓柱形金屬導體的一端與金屬天線貼片連接，圓柱形金屬導體的材料為銅，其底面半徑r＝0.5mm，厚度d＝2.54mm，圓柱形金屬導體與金屬天線貼片的連接處圓心與介質基板四條側邊的垂直距離分別為16.59mm、16.59mm、13.41mm和13.41mm，與圓柱形金屬導體相對的接地板上圓孔的孔徑R＝1.9mm，所述圓柱形金屬導體另一端的輸出接口與能量管理電路相連，該能量管理電路用于將吸收到的能量進行儲存。...
【技術特征摘要】
1.低損耗射頻能量收集微帶天線，其特征在于包括由上到下尺寸一致且相互貼合的介質覆蓋層、介質基板和接地板，其中與介質覆蓋層貼合一側的介質基板上貼附有金屬天線貼片，介質基板的中部設有垂直貫穿介質基板的圓柱形金屬導體，接地板上設有與圓柱形金屬導體底面同心的圓孔；所述介質覆蓋層的材料為RogersRO6002，介電常數εr＝2.94，厚度d＝0.51mm，長度和寬度均為30mm；所述金屬天線貼片的圓形覆蓋面的半徑為0.103852λ，其中λ＝122mm，λ為2.45GHz射頻的波長，厚度為0.02mm，材料為銅，所述介質基板的材料為RogersRO6010，介電常數εr＝10.2，厚度d＝2.54mm，長度和寬度均為30mm，金屬天線貼片的中心點與介質基板上表面的中心點位置一致；所述金屬天線貼片的設計形狀及尺寸滿足如下要求，建立平面直角坐標系，將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為18mm的線段一，將線段一以點(18mm，0mm)作為旋轉點逆時針旋轉114°得到線段二，將線段二以直線為對稱軸作鏡面對稱得到線段三，線段二和線段三的交點為此點在直線上，再次將原點(0mm，0mm)作為起點，沿x軸正方向作出一條長為2.5mm的線段，以B(2.5mm，-1.25mm)為第一個曲線的圓心，以A(2.5mm，0mm)為一端點，以B1(3.75mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r1＝1.25mm，作出圓周角為90°，方向為向x軸及y軸正方向凸出的圓弧，以C(4.0625mm，-1.25mm)為第二個曲線的圓心，以B1(3.75mm，-1.25mm)為一端點，以C1(4.375mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r2＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以D(4.6875mm，-1.25mm)為第三個曲線的圓心，以C1(4.375mm，-1.25mm)為一端點，以D1(5mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r3＝0.3125mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸正方向凸出的圓弧，以E(5.625mm，-1.25mm)為第四個曲線的圓心，以D1(5mm，-1.25mm)為一端點，以E1(6.25mm，-1.25mm)為另一端點，半徑r4＝0.625mm，作出圓周角為180°，方向為沿y軸負方向凸出的圓弧，以F(7.5mm，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：施艷艷，王萌，景建偉，龐家斐，馬鵬飛，李小方，
申請(專利權)人：河南師范大學，
類型：發明
國別省市：河南;41
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