无线能量收集阵列天线的设计与研究

发布时间：2017-04-26 04:15

  本文关键词：无线能量收集阵列天线的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网技术的飞速发展,低功耗无线传感网成为了研究热点。如何利用无线能量收集技术取代传统供电方式为低功耗设备供电也越来越受到关注。本文利用对踵Vivaldi天线,设计并制作了一款宽频带、高增益、高定向性的无线能量收集阵列天线。该天线工作频段覆盖2.17-4.49GHz,天线增益达到10dB,适用于工作在2.4-2.485GHz频段WLAN/WiFi等低输入功率下的无线能量收集设备。该阵列天线采用两个相同的对踵Vivaldi天线单元作为主接收单元,用3dB Wilkinson功分器作为合路对两个对踵Vivaldi天线单元进行组阵,并在天线周围加上铜质金属板用来提高天线增益,最后连接能量转换电路实现完整的无线能量收集功能。论文结构安排如下:第一章绪论部分,对能量收集天线及其相关技术进行国内外研究现状分析,介绍论文的背景与意义;对设计中用到的全波三维仿真软件HFSS进行了简单介绍,并给出了设计流程。为后续工作奠定基础。第二章对踵Vivaldi单元天线的设计,在介绍天线辐射接收理论的基础上,讨论了对踵Vivaldi天线的基本理论和基本设计方法;接着利用HFSS电磁仿真软件设计了宽频带对踵Vivaldi天线,并对其中的关键结构参数进行了仿真优化,最终得到了满足要求的对踵Vivaldi单元天线,并给出了相应的反射系数S11、三维增益方向图、阻抗输入、电流分布等特性。第三章对踵Vivaldi阵列天线的设计与研究,首先介绍了直线阵列天线原理,接着设计一款两个对踵Vivaldi天线单元进行组阵所需的3dB Wilkinson功分器。然后在已经组阵的基础上,在对踵Vivaldi阵列天线周围加上铜质金属板以提高其增益和方向性,详细研究了铜质金属板结构参数对阵列天线增益的影响,设计得到了经优化后的对踵Vivaldi阵列天线。第四章实物制作与测试分析,在前面设计的基础上,进行实物制作与天线性能的测量,并利用设计的天线进行实际WLAN/WiFi无线路由器的能量采集,实测结果表明,本文所设计的加上铜质金属板的2元对踵Vivaldi阵列天线性能够满足无线能量收集的需要,为将无线路由器的无线能量利用起来提供了可能。第五章全文总结与展望。
【关键词】：高增益 对踵Vivaldi天线 阵列 宽带 能量收集
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 本文研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 Ansoft HFSS 13仿真软件简介与设计流程概述13-15
• 1.3.1 HFSS简介13-14
• 1.3.2 HFSS软件天线设计流程14-15
• 1.4 本文主要工作以及内容安排15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 对踵Vivaldi天线单元的设计17-37
• 2.1 天线辐射与接收理论17-24
• 2.1.1 天线概述17-18
• 2.1.2 天线辐射基本理论18-20
• 2.1.3 天线接收电参数20-22
• 2.1.4 天线接收基本理论22-24
• 2.2 对踵Vivaldi天线基本理论24-28
• 2.2.1 Vivaldi天线理论24-25
• 2.2.2 Vivaldi天线种类25-28
• 2.3 对踵Vivaldi天线单元设计与分析28-36
• 2.3.1 对踵Vivaldi天线设计28-30
• 2.3.2 对踵Vivaldi天线单元性能参数30-32
• 2.3.3 天线单元结构参数扫描分析32-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 对踵Vivaldi阵列天线的设计与研究37-53
• 3.1 直线阵列天线37-38
• 3.2 3dB Wilkinson功分器的设计与分析38-42
• 3.2.1 Wilkinson功分器原理与参数设计38-40
• 3.2.2 3dB Wilkinson功分器仿真分析40-42
• 3.3 H面2元对踵Vivaldi阵列天线的设计与分析42-47
• 3.3.1 阵列天线结构42-43
• 3.3.2 H面2元对踵Vivaldi阵列天线仿真结果分析43-44
• 3.3.3 阵列天线结构参数扫描分析44-47
• 3.4 加上铜质金属板的对踵Vivaldi阵列天线的设计与分析47-51
• 3.4.1 铜质金属板的设计48
• 3.4.2 加上铜质金属板的对踵Vivaldi阵列天线仿真分析48-49
• 3.4.3 加上铜质金属板的对踵Vivaldi阵列天线结构参数扫描分析49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 实物制作与测试分析53-63
• 4.1 实物制作53-55
• 4.2 实物测试结果与分析55-61
• 4.2.1 实验测试结果55-60
• 4.2.2 实物测试结果分析60-61
• 4.3 能量收集系统测试61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-64
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67

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本文编号：327723