一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统的制作方法

1.本发明涉及天线系统领域，尤其是涉及一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统。


背景技术：

2.电、磁近场天线是指具有非辐射性的，且能将电压电流能量转换成电磁场的一种设备，其可广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域。因其具有非辐射性，电磁能量几乎都积聚在与天线尺寸差不多的空间中，这保证了该近场天线不会对无线电信号和生命体造成影响，具有很强的环境友好性。磁场天线主要对磁场敏感和/或主要在被电流驱动时产生磁场。电场天线主要对电场敏感和/或主要在被电压驱动时产生电场。
3.工程上产生匀强电场最简单有效的方法是根据所要求的区域的范围，布置一对形状(基本)相同的平行金属板，且金属板间的空间充分大以足够包含这一区域。然后使用电磁学方法或其他方法，使这一对金属板之间出现稳定的电势差，就可以在金属板间的空间中部分区域产生匀强电场。但是，在khz、mhz乃至ghz的高频电场下，由于大面积金属的趋肤效应和边界效应，会出现电场分布不均匀的问题，且电场分布的不均匀性会随着输入系统频率增加和铝板波长尺寸的减小变得更加显著。因此，在高频电场下，利用现有的两块铝制pcb板所获得的电场仅在板的边缘位置获得强度较高的电场，部分区域产生匀强电场，电场强度由外向内呈现逐渐减弱的趋势，尤其是两块板的中心区域的电场相对较弱且不均匀。
4.综上所述，现有技术中存在以下缺陷：
5.(1)现有技术所获得的电场仅部分区域产生匀强电场；
6.(2)现有技术产生电场的方法获取电场范围较大，辐射性较高；
7.(3)现有技术中两块铝板所产生的电场强度不均匀；


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统，该发明能够获取强度更高更均匀的电场，且制作简单，具有非辐射性。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.本发明提供一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统，包括电源以及均与所述电源连接的两块总电路板，两块所述总电路板平行且相对设置，每块所述总电路板均包括实心分电路板、多个电容以及由内至外相互嵌套的多个环形分电路板，所述实心分电路板嵌入最内侧的所述环形分电路板内，且所述实心分电路板与最内侧的环形分电路板之间以及相邻所述环形分电路板之间均设有绝缘层，所述实心分电路板与最内侧的所述环形分电路板之间以及相邻所述环形分电路板之间均通过多个所述电容连接，所有所述电容均设于绝缘层上。
11.优选地，两块所述总电路板的形状结构完全相同，两块所述总电路板均采用超表面结构的pcb板。
12.优选地，每层所述绝缘层上设有的电容的数量范围为8～100个。
13.优选地，每层所述绝缘层上的所有电容均均匀分布。
14.优选地，内侧的所述绝缘层上电容的数量小于外侧的所述绝缘层上电容的数量。
15.优选地，所述环形分电路板包括第一环形分电路板，所述绝缘层包括第一绝缘层，所述实心分电路板、所述第一绝缘层和所述第一环形分电路板由内而外依次嵌套设置，所述实心分电路板和所述第一环形分电路板之间通过多个电容连接，所有所述电容均设于第一绝缘层上。
16.优选地，所述环形分电路板包括第一环形分电路板和第二环形分电路板，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述实心分电路板、所述第一绝缘层、所述第一环形分电路板、所述第二绝缘层和所述第二环形分电路板由内至外依次嵌套，所述实心分电路板和所述第一环形分电路板之间以及所述第一环形分电路板和所述第二环形分电路板之间均通过多个电容连接，所述电容设于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层上。
17.优选地，所述实心分电路板、所述绝缘层和所述环形分电路板均同中心设置。
18.优选地，所述均匀化电近场平板天线系统用以检测待测物体的抗电磁干扰性。
19.优选地，所述待测物体为燃气表。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1、本发明提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统通过采用两块超表面结构的pcb板，使得对电磁波偏振、相位、极化方式等特性的灵活有效调控，进而产生范围更大且更均匀的电场。
22.2、现有技术中，在高频电场下，两块铝制pcb板所获得的电场仅在板的边缘位置获得强度较高的电场，部分区域产生匀强电场，电场强度由外向内呈现逐渐减弱的趋势，尤其是两块板的中心区域的电场相对较弱且不均匀。本发明提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统通过采用相互嵌套的实心分电路板和多个环形分电路板，并且使得相邻分电路板采用绝缘层和电容连接，使得所有分电路板远离中心的边缘位置的电场强度范围更大且更均匀，减少了每块分电路板电场强度的衰减，进而使得该系统能在总电路板范围内产生更大且更均匀的电场。
23.3、本发明提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统仅在两块总电路板之间产生电场，因此产生的辐射低，对人体伤害小。
附图说明
24.图1为本实施例提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统的结构示意图；
25.图2为图1所示实施例第一实施方式的总电路板的结构示意图；
26.图3为图1所示实施例第二实施方式的总电路板的结构示意图；
27.图4为图2所示总电路板的电场分布示意图；
28.图5为图3所示总电路板的电场分布示意图；
29.图中标记说明：
30.1、总电路板，21、实心分电路板，22、第一环形分电路板，23、第二环形分电路板，31、第一绝缘层，32、第二绝缘层，4、电容，5、电源和6、待测物体。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
32.超表面(metasurface)是由具有特殊电磁属性的人工原子按照一定的排列方式组成的二维平面结构，可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。
33.实施例
34.参考图1所示，本实施例提供一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统，包括：电源5以及均与电源5连接的两块总电路板1，两块总电路板1平行且相对设置。
35.作为一种可选的实施方式，两块总电路板1的底部均连接有底座，两块总电路板1平行且相对设置在底座上。
36.两块总电路板1形状结构完全相同，均采用超表面结构的pcb板。
37.每块总电路板1均包括实心分电路板21、多个电容以及多个在同一平面上由内至外相互嵌套的环形分电路板，实心分电路板21嵌入面积最小的环形分电路板内，且实心分电路板21与最内侧的环形分电路板之间以及相邻环形分电路板之间均设有绝缘层，实心分电路板21与最内侧的环形分电路板之间以及相邻环形分电路板之间均通过多个电容连接，所有电容均设于绝缘层上。
38.作为一种可选的实施方式，每层绝缘层上设有的电容的数量范围为8～100个，且内侧的绝缘层上电容的数量小于外侧的绝缘层上电容的数量。
39.作为一种可选的实施方式，实心分电路板21、绝缘层和环形分电路板均同中心设置。
40.作为一种可选的实施方式，每层绝缘层上的电容均均匀分布。
41.作为一种可选的实施方式，通过将电路板上的铜皮处理掉，获取绝缘层。
42.以一块环形分电路板为例，参考图2所示的一种可选的实施方式，每块总电路板1均包括实心分电路板21、第一环形分电路板22、第一绝缘层31和多个电容4，第一环形分电路板22和第一绝缘层31均呈环形结构，实心电路板21的外侧连接第一绝缘层31的内侧，第一绝缘层31的外侧连接第一环形分电路板22的内侧，实心分电路板21和第一环形分电路板22之间通过多个电容4连接，所有电容4均设于第一绝缘层31上。
43.作为一种可选的实施方式，两块总电路板1的尺寸均为20cm*30cm，电容4设有30个。
44.参考图4所示，当两块总电路板1通过电源5通电时，第一环形分电路板22远离第一绝缘层31的边缘位置和实心分电路板21靠近第一绝缘层31的边缘位置均产生场强度较高且较均匀的电场，改善现有技术中仅在板的边缘位置获得强度较高的电场的问题。
45.以两块环形分电路板为例，参考图3所示的一种可选的实施方式，每块总电路板1均包括实心分电路板21、第一环形分电路板22、第二环形分电路板23、第一绝缘层31、第二绝缘层32和多个电容4，第一绝缘层31、第二绝缘层32、第一环形分电路板22和第二环形分电路板23均呈环状结构，第一绝缘层31的内侧连接实心分电路板21的外侧，第一绝缘层31
的外侧连接第一环形分电路板22的内侧，第二绝缘层32的内侧连接第一环形分电路板22的外侧，第二绝缘层32的外侧连接第二环形分电路板23的内侧，实心分电路板21和第一环形分电路板22之间以及第一环形分电路板22和第二环形分电路板23之间均通过多个电容4连接，电容4设于第一绝缘层31和第二绝缘层32上。
46.作为一种可选的实施方式，第一绝缘层31上设有18个电容，第二绝缘层32上设有30个电容，两个总电路板1的尺寸均为20cm*30cm。
47.参考图5所示，当两个总电路板1通过电源5通电时，实心分电路板21靠近第一绝缘层31的边缘位置、第一环形分电路板22靠近第二绝缘层32的边缘位置以及第二环形分电路板23远离第二绝缘层33的边缘位置均产生场强度较高且较均匀的电场，相比于图2所示实施例的基础上，更进一步改善现有技术中仅在板的边缘位置获得强度较高的电场的问题，形成电场范围更大更均匀的电场。
48.具体地，待测物体6为需要磁场干扰的设备，作为一种可选的实施方式，待测物体6采用燃气表。
49.当本实施例提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统用于检测燃气表时，操作步骤如下：
50.s1：将两块总电路板1平行且相对设置，使得两个总电路板1之间的间距能够刚好放置燃气表，打开电源5，使得两块总电路板1形成电场范围更大更均匀的电场；
51.s2：将功率放大器通过bnc接口接入电近场平板天线系统；
52.s3：调整功率放大器至合适的功率和频率输出信号，并观察燃气表是否受到干扰，进而检验燃气表是否合格。
53.工作过程中，禁止将人手及人脑过长时间置于两块总电路板1之间，操作人员禁止手腕佩戴电子设备、手表及首饰等。
54.本发明提供的一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统在总电路板范围内产生更大更均匀的电场，对需要磁场干扰的设备，例如燃气表的抗电磁干扰性检测更为精确。
55.综上所述，本发明提供了一种基于超表面结构的均匀化电近场平板天线系统，通过对电路板的设计以获得电场范围更大且更均匀的电场，通过合适的调整与操作，广泛应用于无线电能传输、计量设备抗电磁干扰、近场感知探测和近场成像等领域。同时，本发明所提出的获得较大较均匀电场的方案简单明了，易于获得，对于pcb板的设计不仅易于实现，且能较好的获得电场范围更大且更均匀的电场。
56.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。