双频微带整流天线研究
发布时间：2020-10-20 12:06
微波能量传输技术(Microwave power transmission,MPT)突破了传统能量传输过程中线缆的限制,实现了空间中点对点的能量传输方式,对于人类生活方式的转变具有深远的影响,近年来受到了众多国内外学者的关注。微波能量传输技术最初为实现空间太阳能输电,但目前已逐渐应用于各个领域,比如射频识别、传感器供电、无人机驱动等。其应用研究主要集中在无线充电、微波能量收集和无线能量传输三个方面,而整流天线作为各应用中的关键器件,自然成为了微波能量传输技术的研究重点之一。对应用于微波能量收集的整流天线,仍然存在着诸多挑战,比如天线的尺寸和效率之间的平衡,接收到的环境内单一频段微波能量较为微弱等。在对国内外相关文献进行调研后,本文通过对双频整流天线的设计,尝试对以上问题进行研究改善。文章的主要内容如下:依据微带天线的辐射原理,对双频微带天线的理论和设计方法进行了研究分析。在此基础上,对常规单极子天线进行改进,设计和实现了一款双频工作的全向单极子接收天线,其工作带宽覆盖WLAN频段(2.4GHz和5.8GHz),以实现对分布广泛的WLAN频段的电磁能量收集。并在此基础上进一步拓展工作带宽,设计了一款宽带全向接收天线,其尺寸宽度仅为10mm,在2.02-5GHz频带内均有较好的全向特性。最后对小型化双频接收天线进行研究,采用地板开槽的形式设计了一款双频天线,该天线尺寸较小并且结构简单。研究微波整流电路的工作原理。对肖特基二极管的特性进行了相关理论分析和对比,选择合适的整流二极管。对整流电路三种典型结构的工作性能进行仿真分析,最终选择了整流效率较高的单管并联和双管倍压结构进行设计。通过对阻抗匹配的原理研究,重点关注对双频阻抗匹配网络的设计方法,分别为单管并联结构和双管倍压整流电路进行匹配网络设计,实现了2.4GHz的单频整流电路,并设计了一款WLAN频段的双频倍压整流电路,两个频段的整流效率可达到65%和44%。完成整流天线的设计后,对微波能量传输实验进行了初步探索,实验测得在2.4GHz频段,缝隙整流天线在-10dBm接收信号强度下最大直流电压输出为159mV,可为应用于能量收集的升压芯片供电,同时测试结果表明接收天线与整流电路间的良好匹配对整流天线的性能尤为重要。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN820
【部分图文】：
第一章 绪 论意义推动着人类社会的不断进步，人类步入现代社用，然而，化石能源作为一种非可再生能源，需求将日益紧迫。为了解决能源危机，核能和受到人们的关注，但是核能技术十分复杂、不太阳能更是会受到昼夜、季节、地理纬度和海太阳能则不存在这些应用中的不利因素，为科法。在 1968 年，美国 P. E. Glaser 博士提出了太SPS）计划[1]，利用太阳能卫星进行空间太阳（Microwave Power Transmission，MPT）技术、日本、加拿大等国家和地区对此计划进行了研究[2-9]，对 MPT 技术发展起到了极大推动作899 年首次提出并进行了相关实验[10]，但可惜这数据没有记录下来[11]。
图 1-3 微波能量空间传输效率与关系[16]术发展过程赫兹基于麦克斯韦理论首次用实验验证了无线电的线电波传输能量的概念。1899 年，特斯拉利用实验论并且使用巨大的电磁感应线圈点亮了远距离的氖底完成后续的 Wardenclyffe Tower[17]。但是引起了各术的关注。30 年代末期，高频源的磁控管和速调管研究取得了了从低频向射频能量传输的转变。在 1964 年，W.C（Raytheon）合作成功实现了 MPT 系统的实验[18]，机进行驱动，通过安装在该飞机上的偶极子整流天量，再经过整流电路将其转换为直流。该实验的成量传输技术的极大兴趣，并且作为 MPT 系统关键部
（a） （b）图 1-4 JPL 远距离 MPT 演示实验（a）远距离实验；（b）整流天线阵列到了 80 年代，日本、欧洲部分地区和加拿大都对 MPT 系统进行了较多的研究。加拿大在 1980 年提出了一种高空持续继电平台 SHARP 计划[24,25]，该平台可以通过微波对轻型无人机供能，并在 1987 年采用 2.45GHz 的微波进行能量传输，成功试飞了重量为 4.1kg 的无人机模型，如图 1-5 所示
【参考文献】
本文编号：2848662
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN820
【部分图文】：
第一章 绪 论意义推动着人类社会的不断进步，人类步入现代社用，然而，化石能源作为一种非可再生能源，需求将日益紧迫。为了解决能源危机，核能和受到人们的关注，但是核能技术十分复杂、不太阳能更是会受到昼夜、季节、地理纬度和海太阳能则不存在这些应用中的不利因素，为科法。在 1968 年，美国 P. E. Glaser 博士提出了太SPS）计划[1]，利用太阳能卫星进行空间太阳（Microwave Power Transmission，MPT）技术、日本、加拿大等国家和地区对此计划进行了研究[2-9]，对 MPT 技术发展起到了极大推动作899 年首次提出并进行了相关实验[10]，但可惜这数据没有记录下来[11]。
图 1-3 微波能量空间传输效率与关系[16]术发展过程赫兹基于麦克斯韦理论首次用实验验证了无线电的线电波传输能量的概念。1899 年，特斯拉利用实验论并且使用巨大的电磁感应线圈点亮了远距离的氖底完成后续的 Wardenclyffe Tower[17]。但是引起了各术的关注。30 年代末期，高频源的磁控管和速调管研究取得了了从低频向射频能量传输的转变。在 1964 年，W.C（Raytheon）合作成功实现了 MPT 系统的实验[18]，机进行驱动，通过安装在该飞机上的偶极子整流天量，再经过整流电路将其转换为直流。该实验的成量传输技术的极大兴趣，并且作为 MPT 系统关键部
（a） （b）图 1-4 JPL 远距离 MPT 演示实验（a）远距离实验；（b）整流天线阵列到了 80 年代，日本、欧洲部分地区和加拿大都对 MPT 系统进行了较多的研究。加拿大在 1980 年提出了一种高空持续继电平台 SHARP 计划[24,25]，该平台可以通过微波对轻型无人机供能，并在 1987 年采用 2.45GHz 的微波进行能量传输，成功试飞了重量为 4.1kg 的无人机模型，如图 1-5 所示
【参考文献】
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本文编号：2848662
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