915MHz超高频无线能量获取电路的设计

发布时间：2017-05-08 16:16

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【摘要】：随着通信技术的发展,无线能量传输已经成为物联网发展的重要组成部分。尤其是近年来,无线传感网络在环境监测、健康医疗等领域的突出表现使其成为人们生活中不可或缺的一部分。这些设备的无源化不仅可以降低其尺寸和成本,还可以为环境保护做出突出贡献。通过提高能量获取电路UHF-DC转换效率,可以有效地提高无源传感网络的传输范围和可靠性。以微带线作为匹配网络的能量获取电路可以有效的克服二极管阈值电压,从而在较低的射频信号下提高能量获取电路的转换效率。这篇文章系统的探讨了在915MHz低功率射频信号作用下,通过对无线能量传输的各种干扰及损耗因子的分析介绍,结合二极管相关参数的性能仿真分析,选择一款合适的二极管及能量获取电路拓扑结构。再结合系统的输入阻抗和输出阻抗,利用ADS微带线设计电路的匹配网络以提高能量获取电路的输出功率和转换效率。通过实验仿真,可以发现能量获取电路的转换效率高达70%以上,并且接近理论数据。
【关键词】：无线能量传输 转换效率 匹配网络 915MHz
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 研究背景及意义7-11
• 1.1.1 无线能量传输7-10
• 1.1.2 RFID10-11
• 1.2 当前趋势11-12
• 1.3 本文研究内容及结构体系12-14
• 第二章 后向散射通信系统基本原理14-25
• 2.1 系统的主要组成部分14-16
• 2.1.1 RFID操作频段15
• 2.1.2 RFID通信标准15-16
• 2.2 无线通信链路预算16-17
• 2.3 RFID读写器17-18
• 2.4 RFID标签及传感器18-20
• 2.5 RFID无源标签能耗20-24
• 2.5.1 标签的最低工作电压21-22
• 2.5.2 标签的功耗管理22-23
• 2.5.3 标签的主要能耗因素23-24
• 2.6 射频标签的传输范围和可靠性24-25
• 第三章 WPT系统的设计25-52
• 3.1 无线能量传输系统25-26
• 3.2 射频能量获取26-30
• 3.2.1 二极管整流特性26-29
• 3.2.2 谐波的产生29-30
• 3.3 能量获取电路特性30-37
• 3.3.1 能量获取电路损耗31-33
• 3.3.1.1 阈值和反向击穿电压32
• 3.3.1.2 阻抗匹配32-33
• 3.3.1.3 设备的寄生效应33
• 3.3.1.4 谐波的产生33
• 3.3.2 二极管选型注意事项33-34
• 3.3.3 二极管的参数表现34-36
• 3.3.4 UHF能量获取36-37
• 3.4 能量获取电路拓扑结构的选择37-45
• 3.4.1 常用拓扑结构介绍37-41
• 3.4.1.1 半波整流电路37-38
• 3.4.1.2 单个硅整流二极管天线38
• 3.4.1.3 单级倍压电路38-39
• 3.4.1.4 Cockcroft-Walton充电泵电路39-40
• 3.4.1.5 Dickson充电泵电路40-41
• 3.4.2 倍压电路的级数选择41-45
• 3.4.2.1 不同负载下的N级能量获取电路41-43
• 3.4.2.2 固定负载下的N级能量获取电路43-45
• 3.5 CW激发下的能量获取电路45-48
• 3.5.1 设计方法45-48
• 3.5.1.1 二极管的选择46-47
• 3.5.1.2 能量获取电路拓扑的选择47-48
• 3.5.1.3 匹配网络的设计48
• 3.6 设计仿真48-52
• 第四章 总结与展望52-54
• 致谢词54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果58

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