无线射频能量收集系统的研究与设计

发布时间：2020-05-05 21:50

【摘要】：随着现代无线通信技术的飞速发展,移动通信基站和无线局域网络变得越来越普及,空间中分布的电磁信号能量量级也得到很大程度的提升。因此射频能量作为一种分布越来越广泛的能量形式,将其收集回收再利用这一想法开始引发大家的思考,射频能量收集概念也由此应运而生。射频能量收集概念是由无线能量传输发展而来的,无线能量传输技术是将较大功率密度的电磁能量信号通过无线方式传播,以完成对中远距离能量传输的一种技术,而射频能量收集技术则是对周围空间分布的较小能量密度的电磁能量进行回收再利用的一种技术。两者虽然都采用整流天线,但两者在具体的设计细节上存在很大区别。目前,射频能量收集技术还处于起步阶段,在提高系统设计一体化、小型化、提升系统低能量密度时的整流效率、扩展系统的工作带宽等方面还有许多问题需要解决。本文围绕射频能量收集这一研究课题,首先设计了一款双频射频能量收集系统,并在其设计基础上分别对系统的接收天线和整流电路加以改进,进而设计了一款三频段的射频能量收集系统。本文具体的内容如下:1.提出了一款双频射频能量收集系统。系统采用平面宽带八木天线作为其接收天线部分。天线的工作频段为1.54-2.34GHz,阻抗带宽可完全覆盖GSM1800和UMTS2100移动通信频段,实测平均增益为5.5d Bi左右,并且具有良好的端射方向图。系统的整流电路部分为工作在1.8GHz和2.1GHz的双频整流电路,且电路能够在-20d Bm至-5d Bm较低输入功率范围内获得20%~45%左右的整流效率。双频无线射频能量收集系统整体在室外环境中联合测试时,在电路负载电阻上能够获得约250~350m V的直流电压。2.在上述双频能量收集系统的基础之上,设计了一款三频段的射频能量收集系统。接收天线部分选择了能够更好地接收各种极化来波的宽带圆极化天线。天线的实测工作带宽以及3d B轴比带宽基本均可覆盖1.6GHz-2.45GHz,其中包括了GSM1800/1900、UMTS2100以及2.4GHz的WLAN频段;天线实测增益约为3d Bi。整流电路部分也在上一章整流电路的基础上通过并联支路的方式增加了2.4GHz的频段,使电路能够整流GSM1800、UMTS2100和WLAN2.4GHz三个频段的射频能量,且整流电路实测可以在低输入功率下(-5d Bm左右)达到40%左右的整流效率。三频无线射频能量收集系统整体在室外环境中实际联合测试时,负载电阻上能够获得约200~400m V的直流电压。通过上述的研究,丰富了射频能量收集技术的研究与设计方法,为其未来在工程上的应用打下了基础。
【图文】：

第一章 绪论的接收天线的类型五花八门，各具特色。我们将对同分别进行研究和总结。由于主要运用视距范围的微波输能，所以天线的极要是采用半波振子等形式。如图 1-1 所示为 1998 子整流天线，，该结构直接采用共面带状线（Copla接收天线，并且在共面带线上加缝隙以达到低通滤二极管、滤波电容以及负载电阻组成整流电路。

一款2.45GHz的偶极子整流天线
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92

【参考文献】

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1 高艳艳;杨雪霞;周建永;;一种小型化的高效率微波整流电路分析与设计[J];上海大学学报(自然科学版);2011年01期

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1 李奥博;无线能量传输系统中整流技术研究[D];上海交通大学;2012年

本文编号：2650797