低损耗不等角变换电磁能量收集天线

摘要

本发明公开了一种低损耗不等角变换电磁能量收集天线，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、引向器和反射器，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，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

低损耗不等角变换电磁能量收集天线，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、引向器和反射器，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，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0.0967λ，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1；以点(13.75mm，‑2.5mm)为旋转点，将线段1沿逆时针方向旋转112.5°，与曲线方程的交点为H(15.185mm，‑5.965mm)，以直线y＝‑x为对称轴作镜面对称得到点L(5.965mm，‑15.185mm)，再沿线段1与x轴夹角为67.5°的方向，在坐标轴第四区间内延长到原来的2倍，得到延长线段二，以直线y＝‑x为对称轴作镜面对称得到延长线段三，延长线段二和延长线段三的交点为分别连接点H(15.185mm，‑5.965mm)、和L(5.965mm，‑15.185mm)、得到线段HW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 -5.965)& (10\le x\le 15.185)\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，线段HW、线段LW、初始图形一和初始图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45°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90°，得到旋转图形三，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转135°并整体缩小为原来的0.8倍，得到旋转图形四，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转180°，得到旋转图形五，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转225°并整体缩小为原来的0.8倍，得到旋转图形六，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转270°，得到旋转图形七，将旋转图形一以点为旋转点，顺时针旋转315°并整体缩小为原来的0.8倍，得到旋转图形八，旋转图形一、旋转图形二、旋转图形三、旋转图形四、旋转图形五、旋转图形六、旋转图形七和旋转图形八合并，得到封闭图形，将封闭图形的圆形半径缩小为原来的0.3844倍得到所需金属天线贴片的设计形状及尺寸，按照设计形状及尺寸裁剪得到金属天线贴片；所述引向器为矩形金属条一，该矩形金属条一的长度和宽度分别为10mm和0.47mm，其长边与介质基板的上下侧边平行，短边与介质基板的左右侧边平行，中心点与介质基板上下侧边的垂直距离分别为28.6mm和1.4mm，中心点与介质基板左右侧边的垂直距离分别为15mm和15mm，所述反射器为矩形金属条二，该矩形金属条二的长度和宽度分别为18mm和0.46mm，其长边与介质基板的上下侧边平行，短边与介质基板的左右侧边平行，中心点与介质基板上下侧边的垂直距离分别为1.1mm和28.9mm，中心点与介质基板左右侧边的垂直距离分别为15mm和15mm；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。