一种适用于环境射频能量收集的天线的制作方法

本实用新型涉及微波通信技术领域，特别涉及一种适用于环境射频能量收集的宽频带天线。

背景技术：

射频电磁波能量是普遍存在的环境能量资源，其具有几乎不受环境和时间因素的限制、能够持续不间断的提供能量等特点。因此，环境射频能量采集技术作为一种低功耗无线网络实现自供电的重要手段，已备受重视。

环境射频能量收集系统一般包括整流器和天线，天线作为该系统的关键，其负责采集环境中散布的射频能量。目前，应用射频能量收集的天线主要存在的缺陷在于：一是，其结构一般为立体结构，天线的辐射面和微带线分别位于介质板相互垂直的两个平面，占用空间较大。二是，天线一般在辐射贴片上开设各种复杂的槽，通过改变辐射贴片表面电路的流向产生更多的谐振点以达到增加带宽的目的。但使得天线结构尤为复杂，应用过程引入过多的变量，可操作性不强，而且增加带宽效果不明显。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单且适用于环境射频能量收集的天线。

为实现以上目的，本实用新型采用一种适用于环境射频能量收集的天线，该天线包括介质板，介质板的上表面、下表面分别设有第一偶极子、第二偶极子，第一偶极子、第二偶极子均为扇形结构且呈中心对称形式布置，介质板的上表面、下表面分别设有微带线和金属带，第一偶极子通过微带线与无线电天线接口SMA连接，第二偶极子与金属带相连接。

优选地，所述第一偶极子、第二偶极子均包括多个子扇形，所述多个子扇形间隔布置且各子扇形的圆心相交。

优选地，所述多个子扇形相同，且相邻子扇形之间间隔角度相同。

优选地，所述微带线和所述金属带均为等腰梯形且等腰梯形的高度相同。

优选地，所述微带线与第一偶极子的交点至等腰梯形微带线底边的距离小于等腰梯形微带线的高；所述金属带与第二偶极子的交点至等腰梯形金属带底边的距离小于等腰梯形金属带的高。

优选地，所述介质板采用适用于射频微波频段且具有相对介电常数的绝缘材料制备。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本实用新型提供的天线中，偶极子分别位于介质板的两面，相比于天线传统结构中偶极子位于同一平面的设计，不需要采用180°相位差的微带线，使馈电网络简单化且更容易调节阻抗匹配。而且，本方案中采用的偶极子为扇形结构，在偶极子天线中，扇形结构最容易获得较宽的频带，且通过调节扇形开口的大小直接可以调节带宽，可操作性强。

附图说明

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种适用于环境射频能量收集的天线的结构示意图；

图2是本实用新型天线的上表面结构示意图；

图3是本实用新型天线的下表面结构示意图；

图4是本实用新型天线反射参数|S11|示意图；

图5是本实用新型天线中心频率处E面和H面增益方向图。

具体实施方式

为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。

参阅图1至图3所示，本实施例公开了一种适用于环境射频能量收集的天线，该天线包括介质板10，介质板10的上表面、下表面分别设有第一偶极子20、第二偶极子30，第一偶极子20、第二偶极子30均为扇形结构且呈中心对称形式布置，介质板10的上表面、下表面分别设有微带线40和金属带50，第一偶极子20通过微带线40与无线电天线接口SMA连接，第二偶极子30与金属带50相连接。其中，第一偶极子20和第二偶极子30为完全相同的扇形结构，扇形定点位于介质板10中心位置，扇形开口从介质板10中心向外逐渐增大。扇形结构的顶点通过微带线40、金属带50与馈电结构连接，馈电结构可焊接在介质板10侧壁位置，天线的输入阻抗为50Ω。

在实际应用中，可通过调节扇形结构偶极子的扇形半径及其扇形开口大小来改变频带带宽，通过改变微带线40的尺寸可以很方便的调节阻抗匹配。

作为进一步优选的方案，第一偶极子20、第二偶极子30均包括多个子扇形60，所述多个子扇形60间隔布置且各子扇形60的圆心相交。本方案中采用多个小扇形构成大扇形偶极子的结构，相比于一个大扇形的结构，多个小扇形构成大扇形的偶极子具有更好的方向性，有利于提高射频环境能量收集天线的性能。

作为进一步优选的方案，多个子扇形60相同，且相邻子扇形60之间间隔角度相同。

作为进一步优选的方案，所述微带线40和所述金属带50均为等腰梯形且等腰梯形的高度相同。

作为进一步优选的方案，微带线40与第一偶极子20的交点至等腰梯形微带线40底边的距离小于等腰梯形微带线40的高；所述金属带50与第二偶极子30的交点至等腰梯形金属带50底边的距离小于等腰梯形金属带50的高。本方案中将微带线和金属带设计为等腰梯形形状，这种渐变结构可较好的实现馈电端口与偶极子辐射贴片之间的阻抗匹配。

作为进一步优选的方案，介质板采用适用于射频微波频段且具有相对介电常数的绝缘材料制备。

具体地，参阅图2至图3所示，本实施例中的第一偶极子20、第二偶极子30均采用由三个子扇形60构成的大扇形结构，每个子扇形60的半径为41mm，圆心角为40°，该三个子扇形60的顶点相交且相邻子扇形60之间相差5°。三个子扇形60中位于中间的子扇形60的角平分线分别于微带线40的高或金属带50的高相垂直，偶极子顶点到介质板10底端的垂直距离为H=56.4mm，腰梯形形状微带线40的上底W1=2.9mm，上底W2=0.3mm，高H1=67.6mm。等腰梯形形状金属带50的上底W3=0.3mm，下底W4=8mm，高H1=67.6mm。介质板10采用厚度为1.575mm的Duriod Rogers 5880板材制备，其相对介质常数εr=2.2，损耗角正切tan(δ)=0.0009。介质板10的宽度为W=92mm,长度为L=97mm。

采用AnsoftHFSS仿真软件对本实施例中的天线进行仿真，仿真结果如图4至图5所示。仿真结果表明该宽带天线可以实现高宽带和全向辐射的性能特点，能够有效对1.6-2.6GHz（覆盖GSM-1800/4G、3G/UMTS-2100、WLAN 等频段）的宽频带射频能量进行收集。而且本实施例中的天线具有高宽带、结构简单、可操作性强和制作成本低的优点，具有很高的工程实用价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。