双频微波整流电路研究

发布时间：2017-07-13 15:18

  本文关键词：双频微波整流电路研究

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【摘要】：随着物联网的发展,其核心无线传感技术发展迅速,而作为无线传感技术的重要载体无线传感器及其他无线器件却一直面临一个巨大的难题:供能续航。目前而言,已经提出的供能方式有太阳能电池供电、利用震动产生的能量供电以及热能供电等,但这些供电方法都有其各自的局限性。相比之下,利用环境微波能量收集技术,将周围环境中分布的各种微波能量收集起来,给各种传感器供电具有更大优势。环境微波能量收集技术脱胎于微波能量传输(MPT)技术,主要通过MPT技术的接收模块——整流天线实现。整流天线技术应用非常广泛,但在环境微波收集方面却一直面临两个困境。其一,通过接收天线接收到的环境微波能量较为微弱,导致后端整流电路输入功率很低,难以达到高效整流。其次,整流电路整流后输出电压过低,难以收集利用。本文通过设计一种低功率输入下的双频微波整流电路,尝试对这两个问题进行研究改善。文章的主要内容如下:通过研究微波整流电路的基本原理,了解几种不同的整流结构,并进行分析对比,总结其优劣,掌握整流电路的设计思路与方法。再通过对整流二极管工作时的电压电流特性进行公式推导,研究整流二极管各个参数对整流电路性能的影响,得出整流二极管在低功率输入下高效整流的基本参数要求以及二极管输入阻抗和电路整流效率的计算公式,为低功率输入的整流电路设计打好基础。通过研究阻抗匹配的相关原理,对几种基本的阻抗匹配方式进行了掌握,重点关注了双频阻抗匹配的实现方法,并用ADS进行仿真分析,通过一种∏型双频阻抗匹配网络设计方法实现整流二极管在850 MHz和1900 MHz上的双频阻抗匹配,以此将微波整流电路的工作频率拓宽到850 MHz和1900 MHz上,实现双频微波整流。使用ADS软件对设计出的低功率输入双频微波整流电路进行仿真验证,得出结果,该整流电路,可同时工作于850 MHz和1900 MHz。在输入为1 mW的情况下,分别在850 MHz和1900 MHz取得了输出电压0.66 V整流功率72.6%和输出电压0.64 V整流功率68.1%的仿真结果。将电路制成实物后,同样输入1 m W射频功率,在频率850 MHz输出电压为0.53 V整流效率47%,在频率1900 MHz输出电压为0.7 V整流效率81.4%。当双频同时输入1 mW,整流电路输出电压可高达0.85 V。
【关键词】：微波能量传输 整流电路 双频 阻抗匹配 整流天线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 MPT技术概述12-17
• 1.2.1 MPT技术简介12-14
• 1.2.2 MPT技术历史与发展14-16
• 1.2.3 MPT技术的应用16-17
• 1.3 整流天线概述17-22
• 1.3.1 整流天线简介17-19
• 1.3.2 整流天线的发展19-22
• 1.4 国内研究现状22-23
• 1.5 论文主要研究内容23-26
• 1.5.1 论文研究依据23-24
• 1.5.2 论文研究工作24-26
• 第二章 微波整流电路及阻抗匹配理论基础26-52
• 2.1 整流电路原理与结构26-30
• 2.1.1 整流电路原理26-28
• 2.1.2 整流电路结构28-30
• 2.2 二极管整流原理30-35
• 2.3 阻抗匹配35-37
• 2.4 单频阻抗匹配37-40
• 2.4.1 集总参数元件匹配网络37-39
• 2.4.2 分布参数元件匹配网络39-40
• 2.5 双频阻抗匹配40-49
• 2.5.1 双传输线双频阻抗匹配网络41-44
• 2.5.2 基于∏型结构的双频阻抗匹配网络44-49
• 2.6 使用软件与仪器介绍49-50
• 2.6.1 ADS简介49
• 2.6.2 使用仪器简介49-50
• 2.7 本章小结50-52
• 第三章 单频微波整流电路的设计与仿真52-69
• 3.1 传统微波整流电路仿真研究52
• 3.2 传统直通滤波器设计52-54
• 3.3 二极管选型及整流结构选择54-61
• 3.3.1 整流二极管选择的理论分析54-55
• 3.3.2 整流结构的仿真选择55-57
• 3.3.3 整流二极管的仿真挑选57-61
• 3.4 阻抗匹配网络实现61-64
• 3.5 整流电路的仿真与分析64-68
• 3.6 本章小结68-69
• 第四章 双频微波整流电路的设计与实现69-84
• 4.1 双频微波整流电路设计流程69
• 4.2 直通滤波器设计69-73
• 4.3 二极管选型及整流结构选择73-75
• 4.3.1 整流二极管的选择73
• 4.3.2 整流结构的选择73-75
• 4.4 双频阻抗匹配网络实现75-76
• 4.5 整流电路的仿真与实测分析76-82
• 4.5.1 整流电路仿真结果与分析76-79
• 4.5.2 整流电路实测结果与分析79-82
• 4.6 本章小结82-84
• 第五章 结论84-86
• 5.1 结论84-85
• 5.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92

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本文编号：537417