本發(fā)明涉及通信，特別涉及一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療檢測(cè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，傳感器作為其中不可或缺的存在，然而受限于傳感器的工作場(chǎng)景，電池的容量一般較小，因此如何解決供電問(wèn)題作為一個(gè)重要的話題；為解決小型低功耗設(shè)備供電問(wèn)題，無(wú)線供電方式應(yīng)運(yùn)而生，一般的無(wú)線供電方式，如風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、機(jī)械能發(fā)電等受環(huán)境影響較大，且實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為復(fù)雜，不適合用于為小型低功耗設(shè)備穩(wěn)定、持續(xù)地供應(yīng)電能，而射頻能量收集技術(shù)因?yàn)檗D(zhuǎn)化過(guò)程簡(jiǎn)單、易與無(wú)線通信系統(tǒng)兼容等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛關(guān)注。

2、射頻能量收集是通過(guò)收集空間中的電磁波并將其轉(zhuǎn)換為直流電為電子設(shè)備供電的方式；在射頻能量收集系統(tǒng)中，整流天線是其主要組成部分，由接收天線與整流電路組成，接收天線是射頻能量收集系統(tǒng)最前端的部分，用來(lái)捕獲環(huán)境中的電磁波能量，整流電路將接收到電磁波能量轉(zhuǎn)化為直流能量輸出給后端設(shè)備使用。

3、射頻能量收集根據(jù)收集方式可以分為環(huán)境射頻能量收集和無(wú)線能量傳輸；在環(huán)境射頻線能量收集技術(shù)中，自由空間中的射頻能量來(lái)自各個(gè)方向，因此要求天線具有全向輻射特性；在定向無(wú)線能量傳輸中，由于傳輸?shù)纳漕l能量來(lái)自固定方向，根據(jù)friis方程要求天線具有高增益定向輻射特性；因此，為了同時(shí)用于環(huán)境無(wú)線能量收集和定向無(wú)線能量傳輸，要求天線同時(shí)具備全向和高增益定向輻射特性，在進(jìn)行環(huán)境射頻能量收集時(shí)天線的輸出功率可低至微瓦級(jí)，而進(jìn)行定向無(wú)線能量傳輸時(shí)天線的輸出功率可達(dá)20dbm以上，因而要求整流電路能夠在寬輸入功率范圍內(nèi)對(duì)天線輸出的射頻能量進(jìn)行整流。

4、傳統(tǒng)的整流天線多為定向天線和全向天線，難以同時(shí)具備高增益定向輻射特性和全向輻射特性的問(wèn)題，并同時(shí)難以在寬功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，以至于現(xiàn)階段的整流天線難以同時(shí)應(yīng)用于環(huán)境射頻能量收集和無(wú)線能量傳輸兩種應(yīng)用環(huán)境中，限制了整流天線的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中，存在的現(xiàn)階段的整流天線難以同時(shí)具備高增益定向輻射特性和全向輻射特性的問(wèn)題，并同時(shí)難以在寬功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，以至于現(xiàn)階段的整流天線難以同時(shí)應(yīng)用于環(huán)境射頻能量收集和無(wú)線能量傳輸兩種應(yīng)用環(huán)境中的問(wèn)題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，包括雙頻雙向接收天線和整流電路；

3、所述雙頻雙向接收天線包括設(shè)置在第一介質(zhì)基板頂面的矩形金屬貼片，所述矩形金屬貼片的內(nèi)側(cè)關(guān)于矩形金屬貼片縱軸對(duì)稱(chēng)地蝕刻有兩個(gè)第一矩形凹槽，所述矩形金屬貼片的側(cè)部關(guān)于矩形金屬貼片橫軸對(duì)稱(chēng)地蝕刻有兩個(gè)第二矩形凹槽；

4、所述矩形金屬貼片的兩側(cè)分別設(shè)置有l(wèi)型金屬貼片，且所述矩形金屬貼片的內(nèi)側(cè)穿設(shè)有同軸探針；

5、所述整流電路包括設(shè)置在第二介質(zhì)基板頂面并與同軸探針相連的單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，所述單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)上分別連接有第一整流支路和第二整流支路，且所述整流電路各部分通過(guò)微帶傳輸線連接；

6、在所述矩形金屬貼片上蝕刻第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，用于使天線在高頻段處諧振并為定向輻射模式；在所述矩形金屬貼片的兩側(cè)分別設(shè)置有l(wèi)型金屬貼片，用于使天線在低頻段處諧振并為全向輻射模式；

7、天線在定向輻射模式和全向輻射模式下所接收的高頻段和低頻段電磁波通過(guò)同軸探針輸入整流電路；當(dāng)單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)出電磁波為低功率電磁波時(shí)，電磁波進(jìn)入第一整流支路進(jìn)行整流；當(dāng)單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)出電磁波為高功率電磁波時(shí)，電磁波進(jìn)入第二整流支路進(jìn)行整流。

8、優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)基板的底面設(shè)置有缺陷接地板，且所述同軸探針穿設(shè)所述缺陷接地板。

9、優(yōu)選地，所述第一整流支路由多個(gè)開(kāi)路枝節(jié)組成，所述第一整流支路的一枝節(jié)與所述枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的一枝節(jié)間連接有電容c1和二極管d1，所述第一整流支路的一末端枝節(jié)連接有負(fù)載rl1；

10、所述二極管d1采用hsms285b二極管。

11、優(yōu)選地，所述第二整流支路由多個(gè)開(kāi)路枝節(jié)組成，所述第二整流支路的一枝節(jié)與所述單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的一枝節(jié)間連接有電容c2和二極管d2，所述第二整流支路的一末端枝節(jié)連接有負(fù)載rl2；

12、所述二極管d2采用hsms286b二極管。

13、優(yōu)選地，所述第一整流支路和第二整流支路內(nèi)所包含的枝節(jié)均能組成輸出直通濾波器，所述輸出直通濾波器由四條開(kāi)路枝節(jié)組成，四條開(kāi)路枝節(jié)的長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)2.45ghz、4.9ghz、5.8ghz和11.6ghz的四分之一波長(zhǎng)。

14、優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)基板為聚四氟乙烯f4b介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.55，損耗角正切為0.0017，厚度為2mm；

15、所述第二介質(zhì)基板為rogers4350b介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為3.66，損耗角正切為0.0037，厚度為0.762mm。

16、優(yōu)選地，所述雙頻雙向接收天線在定向輻射模式時(shí)的諧振頻率為5.8ghz，所述雙頻雙向接收天線在全向輻射模式時(shí)的諧振頻率為2.45ghz。

17、本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

18、本發(fā)明在矩形金屬貼片上分別蝕刻兩個(gè)第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，以使天線僅在高頻段處產(chǎn)生諧振并為定向輻射模式，同時(shí)在矩形金屬貼片的兩側(cè)分別設(shè)置有l(wèi)型金屬貼片，以使天線在高頻段和低頻段處同時(shí)產(chǎn)生諧振，并且低頻段處為全向輻射模式；并設(shè)計(jì)工作在低輸入功率的整流支路和高輸入功率的整流支路相結(jié)合的整流電路，兩個(gè)整流支路對(duì)天線在高頻段和低頻段通過(guò)定向輻射模式和全向輻射模式收集的電磁波進(jìn)行切換整流，實(shí)現(xiàn)在寬功率范圍內(nèi)的高轉(zhuǎn)換效率。

19、并且，天線能在雙頻段通過(guò)定向輻射模式和全向輻射模式收集電磁波，可同時(shí)用于環(huán)境射頻能量收集和無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，包括：雙頻雙向接收天線和整流電路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，所述第一介質(zhì)基板(6)的底面設(shè)置有缺陷接地板(5)，且所述同軸探針穿設(shè)所述缺陷接地板(5)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，所述第一整流支路(11)和第二整流支路(12)內(nèi)所包含的枝節(jié)均能組成輸出直通濾波器，所述輸出直通濾波器由四條開(kāi)路枝節(jié)組成，四條開(kāi)路枝節(jié)的長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)2.45ghz、4.9ghz、5.8ghz和11.6ghz的四分之一波長(zhǎng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，所述第一介質(zhì)基板(6)為聚四氟乙烯f4b介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.55，損耗角正切為0.0017，厚度為2mm；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，其特征在于，所述雙頻雙向接收天線在定向輻射模式時(shí)的諧振頻率為5.8ghz，所述雙頻雙向接收天線在全向輻射模式時(shí)的諧振頻率為2.45ghz。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有寬功率范圍的雙頻雙向整流天線，涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明在矩形金屬貼片上分別蝕刻兩個(gè)第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，以使天線僅在高頻段處產(chǎn)生諧振并為定向輻射模式，同時(shí)在矩形金屬貼片的兩側(cè)分別設(shè)置有L型金屬貼片，以使天線在高頻段和低頻段處同時(shí)產(chǎn)生諧振，并且低頻段為全向輻射模式；并設(shè)計(jì)工作在低輸入功率的整流支路和高輸入功率的整流支路相結(jié)合的整流電路，兩個(gè)整流支路對(duì)天線在高頻段和低頻段通過(guò)定向輻射模式和全向輻射模式收集的電磁波進(jìn)行切換整流，實(shí)現(xiàn)在寬功率范圍內(nèi)的高轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李蕾,李雪,許瑞楓,胡陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9