用于微波能量收集的整流天线研究
发布时间：2021-10-06 15:51
物联网技术的快速发展促进了相关无线传感器的应用,其供电问题也受到人们关注。微波能量收集系统凭借其能全天候使用,工作时间长,维护成本低等优势,成为了一种新型的供电方式。它将空间中分布的电磁能量通过接收天线输入系统,并利用整流电路的交直流转换能力输出直流电压供器件运行使用。本文主要研究用于微波能量收集的整流天线系统,主要包括射频接收天线和整流电路部分。空间中的微波能量分布虽然广泛,但是能量密度很低,实际能应用的频段并不丰富,所以需要尽可能提高天线的接收能力,降低在传输和整流过程中的损耗,这样才能保证足够的输出。为了提高整流效率,本文从微带天线出发,设计了Vivaldi宽带接收天线和共面波导馈电圆极化微带天线。通过对Vivaldi天线添加栅格改善馈电,实现了在1.1GHz～5.2GHz范围内的宽带接收,增益大于9d B。通过对共面波导馈电圆极化微带天线采用偏馈和开槽,改变表面电流分布,实现了1.9GHz～3GHz频率范围内的圆极化输出,工作带宽内的轴比小于5d B。天线接收到的射频能量交由整流电路进行能量转换,最终输出为直流功率,整流电路决定了系统的最终输出和转换效率。本文对整流二极管性能进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无匹配滤波网络整流天线
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-J.Heikkinen和Y.H.Suh团队分别设计了几种能在2.45G和5.8G同时接收的双频整流天线，天线结构分别采用了双环缝隙耦合馈电圆极化天线以及共面微带线印刷偶极子天线，其中双环缝隙耦合馈电圆极化天线的结构如图1-2所示[18-19]。图1-2双频圆极化整流天线示意图同样对于整流天线而言，天线阵列也是其研究的一个重点。K.Nishida在整流天线阵列中引入了频率选择表面结构，设计了一种4×4单元的天线阵列，并在其基础上扩展为16×16的阵列系统，如图1-3所示。考虑各单元之间的耦合影响以及两级阵列的排布方式等因素，单个天线单元之间的的输出有很大差异。同样是在1mW的输入情况下，天线阵列能够实现54%以上的转换效率，但在256个单元同时输入1mW功率，由于互相之间的耦合干扰，阵列的直流输出功率只有60mw，整流效率不足24%[20]。图1-316×16单元整流无线阵列示意图功率较低时，整流天线的整流效率往往很低，为了解决这一问题，接收天线需要具备接收更多功率能量输入的能力。首先工作带宽要足够的宽，覆盖尽量多的电磁波频率，覆盖范围越广，接收到可用能量功率的可能就越高。其次需要保证天线具有足够的传输增益，否则在接收微弱电磁能量时，往往会因为各种损耗而。导致探测不出所需的能量输出，或者是能量衰减到噪声级别而无法分辨。Miao
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-J.Heikkinen和Y.H.Suh团队分别设计了几种能在2.45G和5.8G同时接收的双频整流天线，天线结构分别采用了双环缝隙耦合馈电圆极化天线以及共面微带线印刷偶极子天线，其中双环缝隙耦合馈电圆极化天线的结构如图1-2所示[18-19]。图1-2双频圆极化整流天线示意图同样对于整流天线而言，天线阵列也是其研究的一个重点。K.Nishida在整流天线阵列中引入了频率选择表面结构，设计了一种4×4单元的天线阵列，并在其基础上扩展为16×16的阵列系统，如图1-3所示。考虑各单元之间的耦合影响以及两级阵列的排布方式等因素，单个天线单元之间的的输出有很大差异。同样是在1mW的输入情况下，天线阵列能够实现54%以上的转换效率，但在256个单元同时输入1mW功率，由于互相之间的耦合干扰，阵列的直流输出功率只有60mw，整流效率不足24%[20]。图1-316×16单元整流无线阵列示意图功率较低时，整流天线的整流效率往往很低，为了解决这一问题，接收天线需要具备接收更多功率能量输入的能力。首先工作带宽要足够的宽，覆盖尽量多的电磁波频率，覆盖范围越广，接收到可用能量功率的可能就越高。其次需要保证天线具有足够的传输增益，否则在接收微弱电磁能量时，往往会因为各种损耗而。导致探测不出所需的能量输出，或者是能量衰减到噪声级别而无法分辨。Miao
【参考文献】：
期刊论文
[1]超宽带小型化对拓Vivaldi天线的设计[J]. 张淑晨,李相辉,袁茂雲,方宇,刘文超,徐娟. 通信技术. 2019(11)
[2]一种小型圆极化天线设计[J]. 万聪,徐声海. 舰船电子对抗. 2019(05)
[3]射频/微波能量收集系统的整流电路研究进展[J]. 刘宝宏,陈瑛,樊棠怀. 半导体技术. 2019(03)
[4]圆极化微带天线发展现状研究[J]. 孟志豪,张怿成. 电子世界. 2018(21)
[5]一种高效率微波无线能量传输系统[J]. 马海虹,徐辉,栗曦,孙琳琳. 空间电子技术. 2016(01)
[6]电磁能量收集技术现状及发展趋势[J]. 赵争鸣,王旭东. 电工技术学报. 2015(13)
[7]HF RFID系统中整流器设计与分析[J]. 程兆贤,张小兴,戴宇杰,吕英杰. 南开大学学报(自然科学版). 2014(06)
[8]一种新型的双频整流电路[J]. 沈龙,杨雪霞,聂美娟,胡越. 微波学报. 2014(05)
[9]一种新颖自举型微功耗整流器[J]. 李明剑,张真荣,贺旭东. 微电子学. 2014(03)
[10]平衡对拓Vivaldi天线的改进设计[J]. 陈文星,雷虹,罗勇,朱勋建,邓金山. 电子元件与材料. 2014(04)
本文编号：3420316
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无匹配滤波网络整流天线
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-J.Heikkinen和Y.H.Suh团队分别设计了几种能在2.45G和5.8G同时接收的双频整流天线，天线结构分别采用了双环缝隙耦合馈电圆极化天线以及共面微带线印刷偶极子天线，其中双环缝隙耦合馈电圆极化天线的结构如图1-2所示[18-19]。图1-2双频圆极化整流天线示意图同样对于整流天线而言，天线阵列也是其研究的一个重点。K.Nishida在整流天线阵列中引入了频率选择表面结构，设计了一种4×4单元的天线阵列，并在其基础上扩展为16×16的阵列系统，如图1-3所示。考虑各单元之间的耦合影响以及两级阵列的排布方式等因素，单个天线单元之间的的输出有很大差异。同样是在1mW的输入情况下，天线阵列能够实现54%以上的转换效率，但在256个单元同时输入1mW功率，由于互相之间的耦合干扰，阵列的直流输出功率只有60mw，整流效率不足24%[20]。图1-316×16单元整流无线阵列示意图功率较低时，整流天线的整流效率往往很低，为了解决这一问题，接收天线需要具备接收更多功率能量输入的能力。首先工作带宽要足够的宽，覆盖尽量多的电磁波频率，覆盖范围越广，接收到可用能量功率的可能就越高。其次需要保证天线具有足够的传输增益，否则在接收微弱电磁能量时，往往会因为各种损耗而。导致探测不出所需的能量输出，或者是能量衰减到噪声级别而无法分辨。Miao
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-J.Heikkinen和Y.H.Suh团队分别设计了几种能在2.45G和5.8G同时接收的双频整流天线，天线结构分别采用了双环缝隙耦合馈电圆极化天线以及共面微带线印刷偶极子天线，其中双环缝隙耦合馈电圆极化天线的结构如图1-2所示[18-19]。图1-2双频圆极化整流天线示意图同样对于整流天线而言，天线阵列也是其研究的一个重点。K.Nishida在整流天线阵列中引入了频率选择表面结构，设计了一种4×4单元的天线阵列，并在其基础上扩展为16×16的阵列系统，如图1-3所示。考虑各单元之间的耦合影响以及两级阵列的排布方式等因素，单个天线单元之间的的输出有很大差异。同样是在1mW的输入情况下，天线阵列能够实现54%以上的转换效率，但在256个单元同时输入1mW功率，由于互相之间的耦合干扰，阵列的直流输出功率只有60mw，整流效率不足24%[20]。图1-316×16单元整流无线阵列示意图功率较低时，整流天线的整流效率往往很低，为了解决这一问题，接收天线需要具备接收更多功率能量输入的能力。首先工作带宽要足够的宽，覆盖尽量多的电磁波频率，覆盖范围越广，接收到可用能量功率的可能就越高。其次需要保证天线具有足够的传输增益，否则在接收微弱电磁能量时，往往会因为各种损耗而。导致探测不出所需的能量输出，或者是能量衰减到噪声级别而无法分辨。Miao
【参考文献】：
期刊论文
[1]超宽带小型化对拓Vivaldi天线的设计[J]. 张淑晨,李相辉,袁茂雲,方宇,刘文超,徐娟. 通信技术. 2019(11)
[2]一种小型圆极化天线设计[J]. 万聪,徐声海. 舰船电子对抗. 2019(05)
[3]射频/微波能量收集系统的整流电路研究进展[J]. 刘宝宏,陈瑛,樊棠怀. 半导体技术. 2019(03)
[4]圆极化微带天线发展现状研究[J]. 孟志豪,张怿成. 电子世界. 2018(21)
[5]一种高效率微波无线能量传输系统[J]. 马海虹,徐辉,栗曦,孙琳琳. 空间电子技术. 2016(01)
[6]电磁能量收集技术现状及发展趋势[J]. 赵争鸣,王旭东. 电工技术学报. 2015(13)
[7]HF RFID系统中整流器设计与分析[J]. 程兆贤,张小兴,戴宇杰,吕英杰. 南开大学学报(自然科学版). 2014(06)
[8]一种新型的双频整流电路[J]. 沈龙,杨雪霞,聂美娟,胡越. 微波学报. 2014(05)
[9]一种新颖自举型微功耗整流器[J]. 李明剑,张真荣,贺旭东. 微电子学. 2014(03)
[10]平衡对拓Vivaldi天线的改进设计[J]. 陈文星,雷虹,罗勇,朱勋建,邓金山. 电子元件与材料. 2014(04)
本文编号：3420316
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