一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列的制作方法

本发明属于射频能量收集技术领域，涉及一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列。

背景技术：

随着无线通信技术的不断发展，包括通信基站、电视电台信号发射站、无线路由等射频发射源越来越多，利用射频能量来为一些低功耗电路供电已经成为一种趋势。利用收集到的射频能量为设备供电能够降低设备对电池的需求，同时可以为拥有电池的设备进行充电，延长设备工作时间。

接收天线是射频能量收集系统的核心部分之一，用以从周围环境中接收射频信号，经整流电路将射频信号转换成直流并对其升压，并存储能量为负载供电。目前的射频能量收集系统接收天线设计存在的问题有：

(1)接收天线效果差，并且天线工作频段单一，工作在低频段天线体积较大，高频天线接收距离较近。

(2)不同天线工作在不同频段，所需阻抗匹配电路不同，导致多频天线系统所有匹配电路同时工作，电路间相互影响，导致接收效果下降。

技术实现要素：

本发明的目的是，设计一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，用以实现宽频段射频信号接收。

本发明是由以下技术方案来实现的：一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，包括介质基片、馈线、辐射贴片、接地板和阻抗匹配调节段，馈电方式采用多同轴线同轴馈电，所述辐射贴片采用四个同轴双螺旋形状，且四个所述同轴双螺旋形状在天线正面的介质基片上呈对称分布，所述阻抗匹配调节段设置在介质基片的上下边缘，所述天线背面的接地板采用与介质基片同样大小且在正中开缝的金属板。

优选的，所述阻抗匹配调节段是位于介质基片上方和下方延伸至边缘的四条金属贴片。

优选的，四条所述金属贴片关于介质基片呈对称分布。

优选的，每个所述同轴双螺旋形状的辐射贴片中心为一个贯穿介质基片与接地板相接的金属轴。

优选的，所述介质基片的中心为同轴馈线，且所述同轴馈线位于四个金属轴为顶点构成的正方形的中心位置。

优选的，所述接地板的中部是以四个金属轴为顶点的开口凹状的开缝。

优选的，所述接地板的中心位置是集总端口。

本发明的有益效果是：

本发明设计的一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，该天线以螺旋天线为基础进行设计，结构较为简单，且体积适中，可工作在0.7ghz-2.6ghz的宽频带，具有良好的频率特性，使用方便且成本低。

附图说明

图1表示一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列的正面结构示意图；

图2表示一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列的背面结构示意图；

图3表示一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列的侧面结构示意图；

图4表示一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列的s11回波损耗与频率的关系图。

具体实施方式

下面利用附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供一种技术方案：一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，包括介质基片、馈线、辐射贴片、接地板和阻抗匹配调节段，馈电方式采用多同轴线同轴馈电，辐射贴片采用四个同轴双螺旋形状，且四个同轴双螺旋形状在天线正面的介质基片上呈对称分布，阻抗匹配调节段设置在介质基片的上下边缘，天线背面的接地板采用与介质基片同样大小且在正中开缝的金属板。

正面四个同轴双螺旋形状的辐射贴片在介质基片上对称分布，正面上方和下方的四条延伸至介质基片边缘的金属贴片作为天线的阻抗匹配调节段，以拓宽天线工作的频段，当天线设计过程中以及加工后因加工误差等因素导致阻抗特性变化时，可以进行适当的调节，优选的，四条金属贴片关于介质基片呈对称分布。每个同轴双螺旋形状的辐射贴片中心为一个贯穿介质基片与接地板相接的金属轴，介质基片的中心为同轴馈线，且在以四个金属轴为顶点所构成的正方形的中心位置，使得上下两面具有良好馈电且有利于实现宽带特性的电磁弱耦合，天线背面为天线接地板，在接地板的中部是以四个金属轴为顶点的开口凹状的开缝，使天线具有更高的自由度，可在宽频段内形成不同方向、不同尺寸的谐振激励模式，从而有利于宽带激励的实现。

实施例：参照图1，本发明的一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，包括的内容有：介质基片1，天线正面四个同轴双螺旋形状的辐射贴片2、5、9、14，四个贯穿介质基片的金属轴4、6、11、12，阻抗匹配调节段3、7、10、13以及介质基片中心的同轴馈线8。

参照图2，天线背面包括接地板15、接地板中间开口凹状开缝16、集总端口17。

参照图1，图2，图3，介质基片1为厚度1.6mm、长10cm、宽9.1cm的fr4。正面四个同轴双螺旋形状的辐射贴片2、5、9、14在介质基片上对称分布，同轴双螺旋形状的辐射贴片2、5、9、14的贴片间距为l1＝4mm，贴片宽度k1＝0.5mm，旋转圈数为4，四个贯穿介质基片的金属轴4、6、11、12为半径r＝1mm、高h＝1.635mm的圆柱体，阻抗匹配调节段3、7、10、13，金属贴片的长l2＝19mm，宽k2＝0.5mm。介质基片中心的同轴馈线8，在四个贯穿介质基片的金属轴4、6、11、12所构成的正方形的中心位置，使得上下两面具有良好馈电且有利于实现宽带特性的电磁弱耦合。天线背面接地板15与介质基片1同样大小，一个由四个贯穿基片的金属轴4、6、11、12作为顶点的正方形贴片构成的开口凹状开缝16，凹状结构16的开缝宽度k3＝1mm，中心位置是天线的集总端口17，是一个边长为7mm的正方形，这种结构使天线具有更高的自由度，可在宽频段内形成不同方向、不同尺寸的谐振激励模式，从而有利于宽带激励的实现。所有贴片覆铜厚度均为0.035mm。

参照图4，采用ansofthfss仿真软件对本实施例中的天线进行仿真，仿真结果表明该宽带天线能够有效对0.7ghz-2.6ghz的宽频带射频能量进行收集，覆盖了较低频段的射频信号，具有高宽带、结构简单、可操作性强、和制作成本低等优点。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种用于射频能量收集的多轴螺旋天线阵列，其特征在于，包括介质基片、馈线、辐射贴片、接地板和阻抗匹配调节段，馈电方式采用多同轴线同轴馈电，所述辐射贴片采用四个同轴双螺旋形状，且四个所述同轴双螺旋形状在天线正面的介质基片上呈对称分布，所述阻抗匹配调节段设置在介质基片的上下边缘，所述天线背面的接地板采用与介质基片同样大小且在正中开缝的金属板。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述阻抗匹配调节段是位于介质基片上方和下方延伸至边缘的四条金属贴片。

3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，四条所述金属贴片关于介质基片呈对称分布。

4.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，每个所述同轴双螺旋形状的辐射贴片中心为一个贯穿介质基片与接地板相接的金属轴。

5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，所述介质基片的中心为同轴馈线，且所述同轴馈线位于四个金属轴为顶点构成的正方形的中心位置。

6.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，所述接地板的中部是以四个金属轴为顶点的开口凹状的开缝。

7.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述接地板的中心位置是集总端口。

技术总结
本发明属于射频能量收集领域，具体为一种用于射频能量收集的的多轴螺旋天线阵列，用以实现宽频段射频信号接收，包括：介质基片、馈线、辐射贴片、接地板和阻抗匹配调节段。馈电方式采用多同轴线同轴馈电，所述辐射贴片采用四个同轴双螺旋形状，且四个所述同轴双螺旋形状在天线正面的介质基片上呈对称分布，所述阻抗匹配调节段设置在介质基片的上下边缘，所述天线背面的接地板采用与介质基片同样大小且在正中开缝的金属板。该天线以螺旋天线为基础进行设计，结构较为简单，且体积适中，可工作在0.7GHz‑2.6GHz的宽频带，具有良好的频率特性，使用方便且成本低。

技术研发人员：杨涛;刘兴;李健;杨济海;周洋;肖辉;殷芳
受保护的技术使用者：国网江西省电力有限公司信息通信分公司;国家电网有限公司
技术研发日：2020.05.27
技术公布日：2020.08.28