高增益五角不等电磁能量收集装置

摘要

本发明公开了一种高增益五角不等电磁能量收集装置，包括由上到下尺寸一致且相互贴合的介质覆盖层、介质基板和接地板，其中与介质覆盖层贴合一侧的介质基板上贴附有金属天线贴片，介质基板的中部设有垂直贯穿介质基板的圆柱形金属导体和四个圆柱形孔洞，接地板上设有与圆柱形金属导体底面同心的圆孔。本发明具有更低的回波损耗、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。

主权项

高增益五角不等电磁能量收集装置，其特征在于包括由上到下尺寸一致且相互贴合的介质覆盖层、介质基板和接地板，其中与介质覆盖层贴合一侧的介质基板上贴附有金属天线贴片，介质基板的中部设有垂直贯穿介质基板的圆柱形金属导体和四个圆柱形孔洞，接地板上设有与圆柱形金属导体底面同心的圆孔；所述介质覆盖层的材料为Rogers RO6002，介电常数ε_r＝2.94，厚度d＝0.51mm，长度和宽度均为30mm；所述金属天线贴片的圆形覆盖面的半径为0.10098λ，其中λ＝122mm，λ为2.45GHz射频的波长，厚度为0.02mm，材料为铜，所述介质基板的材料为Rogers RO6010，介电常数ε_r＝10.2，厚度d＝2.54mm，长度和宽度均为30mm，金属天线贴片的中心点与介质基板上表面的中心点位置一致；所述金属天线贴片的设计形状及尺寸满足如下要求，建立平面直角坐标系，将原点(0mm，‑2.5mm)作为起点，(13.75mm，‑2.5mm)为另一端点沿x轴正方向做出一条长为13.75mm的线段一，以点(13.75mm，‑2.5mm)为旋转点，将线段一沿逆时针方向旋转99°，与曲线方程的交点为H(14.3366mm，‑6.20383mm)，以直线y＝‑x为对称轴作镜面对称得到点L(6.20383mm，‑14.3366mm)，将线段一以直线y＝‑x为对称轴作镜面对称得到线段二，线段一和线段二的交点为分别连接点H(14.3366mm，‑6.20383mm)、和L(6.20383mm，‑14.3366mm)、得到线段HW和线段LW，再次将原点(0mm，0mm)作为起点根据以下公式进行天线贴片形状设计： y＝0(0≤x≤2.5)    (1)$\begin{array}{ccc}y=\sqrt{-x^2+5x-4.6875}-1.25& (-1.25\le y\le 0)& (2.5\le x\le 3.75)\end{array}---\left(2\right)$$\begin{array}{ccc}y=\sqrt{-x^2+10x-23.4375}-1.25& (-2.5\le y\le -1.25)& (3.75\le x\le 6.25)\end{array}---\left(3\right)$$\begin{array}{ccc}y=\sqrt{-x^2+15x-54.6875}-1.25& (-1.25\le y\le 0)& (6.25\le x\le 7.5)\end{array}---\left(4\right)$$\begin{array}{ccc}y=\sqrt{-x^2+15x-50}-2.5& (-2.5\le y\le 0)& (7.5\le x\le 10)\end{array}---\left(5\right)$$\begin{array}{ccc}y=\sqrt{-x^2+27.5x-175}-2.5& (-6.25\le y\le -6.20383)& (10\le x\le 14.3366)\end{array}---\left(6\right)$将由公式所得到的全部曲线依次首尾相连，得到初始图形一，以直线y＝‑x为对称轴，将初始图形一进行镜面对称，得到初始图形二，将线段HW、线段LW、初始图形一和初始图形二合并，得到旋转图形一，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转72°并整体缩小为原来的0.8倍，得到旋转图形二，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转144°，得到旋转图形三，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转216°，得到旋转图形四，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转288°并整体缩小为原来的0.8倍，得到旋转图形五，旋转图形一、旋转图形二、旋转图形三、旋转图形四和旋转图形五合并，得到封闭图形，将封闭图形的圆形覆盖面半径缩小为原来的0.776454倍得到所需金属天线贴片的设计形状及尺寸，按照该设计形状及尺寸裁剪得到金属天线贴片；所述介质基板上四个圆柱形孔洞的半径均为0.5mm，四个圆柱形孔洞的圆心连线构成边长为22mm的正方形，该正方形上下边与介质基板上下侧边的垂直距离分别为2.9mm和5.1mm，正方形左右侧边与介质基板左右两侧的垂直距离分别为2mm和6mm；所述圆柱形金属导体的一端与金属天线贴片连接，圆柱形金属导体的材料为铜，其底面半径r＝0.5mm，厚度d＝2.54mm，圆柱形金属导体与金属天线贴片的连接处圆心与介质基板四条侧边的垂直距离分别为16.57mm、16.57mm、13.43mm和13.43mm，与圆柱形金属导体相对的接地板上圆孔的孔径R＝1.9mm，所述圆柱形金属导体另一端的输出接口与能量管理电路相连，该能量管理电路用于将吸收到的能量进行储存。