宽频带圆极化天线及其在射频能量收集中的应用

发布时间：2020-09-18 16:29

　　物联网被认为是一个面向未来的高期望增长市场。目前,供电问题是制约物联网发展的巨大挑战之一。每年更换巨量的电池必然会造成极大的浪费,同时,电池所带来的环境污染、高额人工维护费用势必严重制约物联网发展。射频能量收集可以提供较为稳定的电能,保证物联网设备的正常工作。本文针对宽频带圆极化天线及其在射频能量收集中的应用进行了研究。设计了一款宽频带圆极化天线和宽频带问号型整流天线。具体内容如下:1)实现了一种宽频带圆极化天线。此天线由两部分组成,第一部分是具有弯曲偶极子和倒L型槽的贴片层,第二部分是具有弯曲偶极子的接地板。通过在贴片层刻蚀倒L型槽,以及在贴片层与接地层的弯曲偶极子末端引入短路过孔,扩展了天线的阻抗带宽和轴比。天线的实际尺寸为43?43?3.2 mm~3,即0.73λ_0×0.73λ_0×0.054λ_0(λ_0为最小频率时的自由空间波长)。实测结果表明,圆极化天线的阻抗带宽和轴比带宽分别为26.98%(5.29-6.94 GHz)和25.33%(5-6.45 GHz),测试结果与仿真结果基本上相吻合。2)提出了一种新型宽频带圆极化问号型整流天线。它是由问号型天线和整流电路两部分组成。问号形天线由问号形(?-shaped)贴片和刻蚀扇形凹槽的矩形接地板、以及介质基板组成。通过在接地板刻蚀扇形凹槽,有效地扩展了天线的阻抗带宽和轴比带宽。整流电路由电容、HSMS2862型号的二极管和电阻组成。问号形天线和整流电路均印刷在介电常数为4.4的FR4介质板上,问号形天线的尺寸为28 mm?26mm?1.6 mm。实际天线的可用带宽为4.8 GHz-6.5 GHz,整流电路的整流效率最高达到了45%。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN821.1
【部分图文】：

对数螺旋,天线,介质谐振器,侧视图

基于对数螺旋槽的介质谐振器天线

C形,天线,垂直极化波

通过四个对数螺旋槽得到天线的 Eφ分量，从而使天线辐射全向圆极化波。文献[5]使用的天线模型如图1.2 所示，此天线在贴片层腐蚀八个倒置放置的 C 形槽，同时采用同轴馈电的方式，使天线获得两个谐振点，同时在两个频点得到圆极化辐射。文献[6]设计的天线结构如图 1.3 所示，此天线通过六个短路过孔辐射垂直极化波，在贴片层添加六个旋涡槽辐射水平极化波，当垂直极化波与水平极化波幅度相等相位相差 90°时实现圆极化辐射，得到一个相对阻抗带宽为 51.7 %，相对轴比带宽为 57.8 %的圆极化天线。图 1.4 基于 L 形缝隙的可重构微带天线[7]

旋涡,天线,圆形天线,圆柱形结构

图 1.2 基于 8 个倒置 C 形槽的天线[5]图 1.3 基于六个旋涡槽的天线[6]文献[3-10]采用同轴馈电的圆柱形结构，且在天线的贴片层添加对称结构的凹槽，从而实现圆极化。文献[3]在圆形介质板加载短路过孔，在圆形天线底部和顶部上不对称放置 17 对矩形缝隙，从而产生水平偏振，而单极子天线将提供垂直极化波，

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