集成寄生单元与开槽dr结构的宽频带天线的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成矩形开槽介质谐振器(DR)与寄生耦合单元结构的宽频带天线，此天线主要用于无线传感器网络的射频能量收集，属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002]天线作为现代通信设备中不可或缺的关键器件，是发射和接收电磁波的设备。天线的作用是把传输线上的导行电磁波转变为无界媒质中(通常是自由空间)的无线电波(在发射系统中)，或者做相反的变换(在接收系统中)，从而在任意两点之间实现无线电信号的传递。它在信号接收和发射中起着举足轻重的作用，其性能直接影响整个无线系统的性能。
[0003]无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)技术作为21世纪最重要的技术之一，具有节点自组网、监测范围广、系统成本低以及对生态环境影响小等优点。然而，WSN的节点通常是由能量有限的电池供电，而且在部署后难以二次补充能量。所以为了解决无线传感器网络能量受限问题，我们可以从周围环境中收集射频(RF)能量；射频信号具有全天候全时段的特点，但是自然界的射频能量非常微弱，故而需要高增益、宽频带的天线才能收集。自然界中存在多个频段的射频能量辐射，为了充分利用现有的多个频谱的辐射能源，在能量收集系统中设计能同时工作的多个通信频段天线是有效途径之一。因此，研究和开发高性能、高增益、宽频带的微波天线是射频能量收集的关键。
[0004]现有文献中，有关介质谐振天线的研究，Michal Mrnka和Jasmin Grosinger发表了《Wide-band Dielectric Resonator Antennas for RF Energy Harvesting》文南犬。该文献提出蝴蝶结形介质谐振天线(DRA)并在蝴蝶结形DRA基础上进行改进，提出单一槽口的蝴蝶结形DRA。文献中还分析了介质谐振天线的工作频段及天线增益。
[0005]但在现有的文献中，未出现过矩形介质谐振器腔体开双槽的结构；介质谐振器加载寄生单元以及矩形寄生贴片开“η”型槽与基于此基础上寄生单元上开三段曲流槽的矩形辐射贴片的结构也未见文献报道。本发明集成矩形开槽介质谐振器与开槽矩形耦合单元结构的宽频带天线，具有小型化，宽频带、高增益的特点。在原有的介质谐振器的基础上加载开槽的寄生贴片，可以有效的增加带宽和增益，同时改变槽宽可以灵活的调节天线的谐振频率及天线频段覆盖范围。
【发明内容】
[0006]本发明提出一种新的介质谐振器天线结构，并基于该种结构设计宽频带天线应用于无线传感器网络节点的RF能量收集系统。为了设计得到宽频带、高增益的天线，在DRA基础上使用矩形开双槽介质谐振器加载开有“η”型槽口与三段曲流槽的寄生辐射贴片，增加天线带宽及增益，优化天线性能。
[0007]本发明的技术方案是，采用50欧姆介质谐振器腔体内同轴线馈电方式，矩形介质谐振器上平面开矩形槽结构1，2，3。寄生单元辐射贴片开两个“η”型槽4，5。寄生单元辐射贴片曲流槽6，7,8ο
[0008]本发明中矩形开槽谐振器如图1所示，其结构特点是沿中心对称轴分别开对称槽，以改变矩形谐振器的阻抗，同时与辐射贴片的耦合效果更强。
[0009]本发明中寄生单元辐射贴片“η”型缺口槽如图2所示，其结构特点贴片两边η型缺口槽沿中心线对称，天线辐射均匀，“η”型槽的宽度对天线的谐振频率影响较大，改变宽度可以改变天线覆盖频段范围。
[0010]本发明中寄生单元矩形贴片曲流槽结构如图3所示，其结构特点每段曲流槽都有5个转弯，3个曲流槽组成一个“η”型。曲流槽的作用提高天线增益，优化天线性能。
[0011]本发明对现有DRA结构进行了优化改进，以用于RF能量收集；相对于传统的DRA结构，开槽的介质谐振器更易于与寄生单元耦合。
[0012]本发明与现有技术比较的有益效果是，加载寄生单元的开槽DRA结构不仅具有结构简单、小型化的特点，而且与传统能量收集天线相比具有覆盖频段可调，宽频带、高增益的特点。
[0013]本发明由于本身尺寸小、加工复杂度相对较低、易于集成等优点，适合于无线传感器网络节点的RF能量收集。
【附图说明】
[0014]图1是矩形开槽谐振器结构图。
[0015]图2是矩形寄生单元“η”型槽口结构图。
[0016]图3是矩形寄生单元曲流槽结构图。
[0017]图4是本发明整体结构设计图。
[0018]图5为本发明集成寄生单元与开槽DR结构的宽频带天线回波损耗(S11)仿真图。
[0019]图6为本发明集成寄生单元与开槽DR结构的宽频带天线增益仿真图。
[0020]其中图4中所示:1介质顶层矩形槽；2介质顶层矩形槽；3介质顶层矩形槽；4贴片“η”型槽；5贴片“η”型槽；6贴片回流槽；7贴片回流槽；8贴片回流槽。
【具体实施方式】
[0021]本发明实施例如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示。
[0022]图1为本发明实施例中矩形谐振器结构图；图2为本发明实施例中矩形寄生单元“η”型槽口结构图；图3为是矩形寄生单元曲流槽结构图；图4为本发明整体结构设计图；图5为本实施例为集成寄生单元与开槽DR结构的宽频带天线回波损耗仿真图；图6为本实施例为集成寄生单元与开槽DR结构的宽频带天线增益仿真图。
[0023]本实施例集成寄生单元与开槽DR结构的宽频带天线，其基本DR结构尺寸为80mm X 80mm,厚度为20mm，介电常数为3.2的介质谐振器。
[0024]本实施例中介质谐振器宽度W = 80mm,介质谐振器宽度L = 80mm ;介质谐振器顶端开槽宽度D = 4mm，1，2槽深度t = 5mm，3槽深度t2 = 2mm,介质谐振器的高度h = 20mmo馈电电针(中心位置)高度hf= 22mm。寄生单元贴片宽度W1 = 80mm,LI = 80mm ;“n”型槽长度Lp= 68mm,宽度d2 = 2mm, “n”型边长S = 10mm。回流槽宽度d3 = 1mm。
[0025]由于采用矩形DRA加载寄生单元结构，这种结构可以根据我们的需要来自由设计我们所需要频段天线。天线的谐振频段可以根据介质谐振器与“η”型槽宽度来调整。设计的天线谐振频率为1.7GHz-2.68GHz (Sll ( -10dB)，带宽为980M。天线覆盖GSM1800、3G、WLAN频段，本设计天线最高增益可达6.8dB。
[0026]从电路的仿真结果可以看出，该设计表现出良好的特性。设计一种基于新型矩形DRA加载寄生单元结构的宽频带天线相比传统的DRA结构，其带宽更宽、增益更大，更适合于无线传感器网络的RF能量收集。
【主权项】
1.发明一种集成寄生单元与开槽介质谐振器(DR)结构的宽频带天线；此新颖的天线采用介质谐振器腔内50欧姆同轴馈电方式，在矩形介质谐振器上平面沿中心对称轴开3个缺口槽；并在谐振器顶端加载开槽的矩形寄生单元，该寄生单元由两个“η”型槽与3个5转回流槽组成；天线的具体结构如下: 其介质谐振器结构是由开有槽口 1，2，3的介质基板组成；顶部的寄生单元贴片有“η”型槽口 4，5以及5转的回流槽6，7，8所构成；“η”型槽口 4，5沿中心轴对称，回流槽6，7，8位于中间位置且沿中心轴对称。2.根据权利要求1所述，矩形介质谐振器腔体上开槽，其特征在于改变介质谐振器的阻抗特性、辐射特性，增加与寄生单元的耦合效果。3.根据权利要求1所述，矩形寄生单元贴片开双“η”型槽，其特征在于改变DRA谐振频率，调节频带宽度。4.根据权利要求1所述，矩形寄生单元贴片开5转回流槽组成“η”型结构，其特征在于改变天线辐射特性，增加天线增益。5.根据权利要求1所述，集成寄生单元与开槽DR结构的天线结构，其主要用途是用于无线传感器网络节点的射频(RF)能量收集。
【专利摘要】研发高性能天线是射频能量收集的关键。本发明提出一种集成寄生单元与开槽介质谐振器(DR)的宽频天线，用于WSN射频能量收集。此结构能显著提高天线增益，增加带宽。本发明采用谐振器腔内50欧姆同轴馈电，在矩形DR上平面沿中心对称开3个缺口槽；并在谐振器上表面加载开有两个“n”型槽及3个5转回流槽的矩形贴片，回流槽组成“n”型。通过矩形DR腔体上平面开槽，增加耦合强度，改变DR阻抗特性；对寄生单元左右对称开两个“n”型槽口，可以调节天线谐振频率及带宽；寄生单元贴片中间位置的开槽结构，提高天线增益。发明的天线频段范围1.70GHz-2.68GHz，覆盖GSM1800、3G、WLAN频段，增益最高可达到6.8dB。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q1/50
【公开号】CN105305041
【申请号】CN201510622574
【发明人】朱路, 王杨, 刘媛媛, 黄志群
【申请人】华东交通大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月27日