反雪花状开槽微带天线的制作方法

本发明属于电磁能量接收天线技术领域，具体涉及一种用于接收环境中射频能量的反雪花状开槽微带天线。

背景技术：

微带天线有多种分类方式：按结构特征，把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等；按工作原理分类，微带天线可分为谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)。小型化、宽频带和高灵敏度的微带天线的设计是环境射频能量收集技术在超低功耗电子微系统中广泛应用所面临关键技术之一。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且设计合理的反雪花状开槽微带天线，该天线较其它天线而言具有更宽的频带，更低的回波损耗、良好的阻抗匹配和驻波比以及较高的增益。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，反雪花状开槽微带天线，其特征在于包括介质基板、辐射单元、阻抗匹配输入传输线和矩形金属接地板，辐射单元为贴附于介质基板上的单层矩形贴片，矩形贴片下侧开有一个五角反雪花状槽口；其中所述辐射单元中矩形贴片长度为31.5mm，宽度为18.6mm，反雪花状槽口的圆形覆盖面的半径为0.080λ，其中λ＝122mm，λ为2.45GHz射频的波长，所述介质基板的材料为FR4，介电常数ε_r＝4.2，厚度d＝1.6mm，长度为50mm，宽度为30mm，所述五角反雪花状槽口的设计形状及尺寸满足如下要求，建立平面直角坐标系，依次有以下点的坐标A(0,0)、依次组成线段|AB|、|BC|、|CD|和|DE|，将以上得到的线段依次连接，在x轴和y轴平面内得到初始线段一，将初始线段一以为对称轴作镜面对称得到初始线段二，初始线段一和初始线段二合并得到初始线段三，将初始线段三以为对称轴作镜面对称得到初始线段四，初始线段三和初始线段四合并得到初始线段五，将初始线段五以为对称轴作镜面对称得到初始线段六，初始线段五、初始线段六和x＝0首尾相连得到封闭图形一，将封闭图形一以x轴作镜面对称得到封闭图形二，封闭图形一和封闭图形二合并得到几何图形一，将几何图形一以点A(0,0)为旋转点，依次顺时针旋转72°、144°、216°和288°分别得到几何图形二、几何图形三、几何图形四和几何图形五，将几何图形一、几何图形二、几何图形三、几何图形四和几何图形五同时缩小0.623倍即得到所需槽口大小的五角反雪花图形；在上述平面直角坐标系，依次有以下点的坐标F(9.3,-19.5)、G(-9.3,-19.5)、D(-9.3,12)和H(9.3,12),依次组成线段|FG|、|GD|、|DH|和|HF|，将以上得到的线段依次连接得到封闭图形即单层矩形贴片；按照设计形状及尺寸在单层矩形贴片上裁剪并得到五角反雪花状槽口；阻抗匹配输入传输线的一端与矩形辐射贴片相连，阻抗匹配输入传输线的另一端与基板底端相连；矩形金属接地板的底端与介质基板底端相连。

本发明的技术效果为：反雪花状开槽微带天线具有更宽的频带，更低的回波损耗、良好的阻抗匹配和驻波比以及较高的增益，从而能够高效接收环境中的射频能量。

附图说明

图1是反雪花状开槽微带天线辐射单元的结构示意图；

图2是反雪花状开槽微带天线结构示意图；

图3是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的反雪花状开槽微带天线的回波损耗图；

图4是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的反雪花状开槽微带天线的驻波比图。

图中：1、介质基板，2、阻抗匹配输入传输线，3、辐射单元，4、矩形金属接地板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明具体实施过程中的技术方案进行清楚、完整、具体的描述。

此发明的核心部分是反雪花状开槽微带天线设计，在微带天线设计时需要对辐射单元的矩形贴片的尺寸，介质基板的尺寸、厚度进行理论上的估算，才能在模拟实验的时候更加快速精确的找到适合特定频率的反雪花状开槽微带天线。所以下面以矩形微带天线为例，讲解微带天线各个数据参数的理论计算方法。

贴片尺寸L×W，贴片宽度W为：

在(1)式中，c为光速，f₀为禁带中心频率，ε_r为相对介电常数。

微带天线介质基板的相对有效介电常数ε_re为：

h表示介质层厚度，为了降低表面波辐射对天线性能的影响，介质基片的厚度应该满足一下的理论计算公式：

其中f_u为微带天线的工作的最高频率。

微带天线的等效辐射缝隙长度△L为：

则微带天线贴片的长度L为：

接地板的尺寸L_g×W_g满足下列理论公式

L_g≥L+6h (6)

W_g≥W+6h (7)

矩形微带天线用的是同轴线进行馈电，当确定了矩形贴片的长度和宽度后，一般在微带天线中加入50Ω的标准阻抗。

如图1-2所示，反雪花状开槽微带天线，包括介质基板1、辐射单元3、阻抗匹配输入传输线2和矩形金属接地板4，辐射单元为贴附于介质基板上的单层矩形贴片，矩形贴片下侧开有一个五角反雪花状槽口；其中所述辐射单元中矩形贴片长度为31.5mm，宽度为18.6mm，反雪花状槽口的圆形覆盖面的半径为0.080λ，其中λ＝122mm，λ为2.45GHz射频的波长，所述介质基板的材料为FR4，介电常数ε_r＝4.2，厚度d＝1.6mm，长度为50mm，宽度为30mm，所述五角反雪花状槽口的设计形状及尺寸满足如下要求，建立平面直角坐标系，依次有以下点的坐标A(0,0)、依次组成线段|AB|、|BC|、|CD|和|DE|，将以上得到的线段依次连接，在x轴和y轴平面内得到初始线段一，将初始线段一以为对称轴作镜面对称得到初始线段二，初始线段一和初始线段二合并得到初始线段三，将初始线段三以为对称轴作镜面对称得到初始线段四，初始线段三和初始线段四合并得到初始线段五，将初始线段五以为对称轴作镜面对称得到初始线段六，初始线段五、初始线段六和x＝0首尾相连得到封闭图形一，将封闭图形一以x轴作镜面对称得到封闭图形二，封闭图形一和封闭图形二合并得到几何图形一，将几何图形一以点A(0,0)为旋转点，依次顺时针旋转72°、144°、216°和288°分别得到几何图形二、几何图形三、几何图形四和几何图形五，将几何图形一、几何图形二、几何图形三、几何图形四和几何图形五同时缩小0.623倍即得到所需槽口大小的五角反雪花图形；在上述平面直角坐标系，依次有以下点的坐标F(9.3,-19.5)、G(-9.3,-19.5)、D(-9.3,12)和H(9.3,12),依次组成线段|FG|、|GD|、|DH|和|HF|，将以上得到的线段依次连接得到封闭图形即单层矩形贴片；按照设计形状及尺寸在单层矩形贴片上裁剪并得到五角反雪花状槽口；阻抗匹配输入传输线的一端与矩形辐射贴片相连，阻抗匹配输入传输线的另一端与基板底端相连；矩形金属接地板的底端与介质基板底端相连。

图3是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的反雪花状开槽微带天线的回波损耗图，由图可知，该反雪花状开槽微带天线的回波损耗为-62dB，明显低于其它微带天线的回波损耗，性能非常好。

图4是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的反雪花状开槽微带天线的驻波比图，由图可知，该反雪花状开槽微带天线在2.45GHz的驻波比为1.01，非常接近1。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。