基于人工磁导体的射频能量收集系统研究

发布时间：2020-12-28 04:16

　　随着物联网技术的快速发展,智能机器等设备可以连接到互联网,成为信息网络的一部分。物联网的发展将会改变我们监测健康、环境和基础设施的方式,提高设备的运行效率、性能和服务质量。在许多情况下,这些设备将是便携式和无线的,需要用电池进行供电,但是目前电池装置的使用寿命是有限的,需要进行定期更换。伴随着物联网的扩展以及对物联网设备更长时间运行的需求增加,需要更换的电池装置的数量将会变得巨大,这将会产生较大的代价。为了解决这一挑战,同时克服传统的风能、太阳能等能量收集的方式受时间、空间、天气等因素的限制,射频能量收集的解决方案得到广泛的研究。在射频能量收集系统中天线端起着重要的作用,天线的灵敏度及接收范围对系统的工作效率产生重要的影响。本文引入双层紧凑型人工磁导体（Artificial Magnetic Conductor,AMC）结构作为射频能量收集系统的天线端反射板,用于提升天线的接收灵敏度。为了能够使接收系统收集到环境中的射频能量,设计了一款宽带低功率整流电路,实现对环境射频能量的接收。论文的工作主要包含以下几个部分:（1）根据人工磁导体（AMC）结构的基本理论,对单层和双层AMC结构特性进... 

【文章来源】： 金春阳 安徽大学

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

城市环境射频能量测量图

第一章绪论2系统中，作为最前端的接收天线的性能将起到决定性作用，天线收集到的能量多少将决定系统的最大输出能力[31]。为了使射频能量收集系统能够尽可能多的接收射频能量，天线需要具有宽频带、高增益、圆极化以及良好的方向性特性。在传统的设计中，天线通过加载金属反射板和腔体等结构来实现天线增益的提高。根据镜像原理可以知道天线与反射板的距离需要保持在1/4个工作波长，这在较低频段的应用会产生较大的体积限制，因此传统的加载反射板的方式在低功率环境射频能量收集系统的天线应用上存在局限性[32]。人工磁导体结构由于其具有类似理想磁导体（PMC）的特性，具有同相反射的特性，可以突破使用平台边界条件的约束[33]。因此可以用于低功率射频能量收集系统的设计，实现接收天线的小型化高增益，提高系统的工作性能。（a）（b）（c）图1.1城市环境射频能量测量图图1.2射频能量收集系统框图

第一章绪论4图1.3圆形单极子天线（左）和方形贴片天线（右）同年，英国利物浦大学的ChaoyunSong和YiHuang等人设计了一种阵列结构的射频能量收集系统[42]。利用交叉偶极子天线所具有的平面双极化的特性适用于任意极化的输入信号接收。在之前的设计中使用了低通滤波器来抑制整流电路产生的高次谐波[43]。而在该设计中，一个花瓣形缝隙结构被设计用来抑制天线的谐波，通过调节花瓣形缝隙的尺寸，控制电流的路径，使得二次谐波的阻抗得到改变，使天线在高频处阻抗失配，实现谐波的抑制。该整流天线阵列在宽带范围（1.8-2.5GHz）内实现高达20%到70%的整流效率。图1.4提出的谐波抑制天线结构和测量结果2016年，越南河内大学的Dinh-KhanhHo和InesKharrat等人，设计了一款工作在900MHz和1800MHz的双频环境射频能量整流天线[44]。天线的结构如下图1.5所示，介质基板选用0.83mm厚的Rogers4003，整体尺寸为46*30*0.83mm3，该结构设计思想源自印刷倒L形单极子天线通过在地板上设计带有寄生的倒F单元技术可以实现900MHz和1800MHz天线的设计[45]。天线采用两个弯折线来实现小型化[46]。但是对于整个频段来讲，天线的增益非常低，在GSM900MHz频带处甚至是负的。因此在GSM

【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感网络能量收集策略的研究[J]. 张海.  物联网技术. 2019(12)
[2]低功耗技术在无线传感器网络中的研究与设计[J]. 柴韬.  无线互联科技. 2017(08)



本文编号：2943108