基于自整流频率选择表面的环境射频能量收集系统的研究

发布时间：2017-10-09 00:33

  本文关键词：基于自整流频率选择表面的环境射频能量收集系统的研究

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【摘要】：近年来,随着互联网时代的到来,各种各样的传感器也在我们的现实生活中越来越普遍地应用,也使得射频信号在周围环境中越来越密集。这些现代化的趋势也为射频能量收集提供了一个有利的条件。对于传统的电池供能装置已经显示出越来越多的缺陷,如体积重量、使用寿命、更换不便、环境问题等等。所以,在这样的时代背景和实际需要的条件下,射频能量收集作为一种新的供能方式得到越来越多的关注。本文的研究工作主要针对环境中的WiFi信号进行射频能量的收集。利用频率选择表面的衍生结构作为射频能量收集的接收器,它具有较宽的接收频带、省去了匹配电路、能量可叠加性等优点。基于电磁理论和仿真模拟,获得了一种新型的能量收集系统天线电路单元结构后,经实物制备和测试表明:在频率为2.45GHz、发射功率为20dBm信号时,距离发射天线10cm处,单块接收天线电路板接收的电压可达9V,而三块该电路板接收电压可增至14V。选用型号为BQ25504作为能量管理模块的核心芯片,设计和制备了该系统的能量管理模块,然后通过输入不同功率的小信号记录其输出,再由其输入输出的比值计算得到其工作效率可达66%以上。之后对整体系统进行了测试:在信号源发射功率为20dBm、频率为2.45GHz时,距离其发射天线电路10cm处,经过20分钟收集至电源管理模块超级电容中的能量可存储至1.97J,另外还在普通的无线路由器正常工作环境下,该能量收集系统天线电路在空载的情况下的电压可达1.407V,具有了一定的实用价值。
【关键词】：频率选择表面 射频能量收集 能量管理模块 超级电容
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP274.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 课题的研究背景及意义7-9
• 1.2 国内外发展现状及趋势9-12
• 1.2.1 无线传感网络上的应用10-11
• 1.2.2 生物医学电子方面的应用11-12
• 1.2.3 发展趋势12
• 1.3 课题的来源和创新之处及主要工作内容安排12-14
• 1.3.1 课题来源12
• 1.3.2 课题的创新之处12
• 1.3.3 工作及内容安排12-14
• 第2章 射频能量收集的基本理论14-28
• 2.1 射频能量传输的基本原理14-15
• 2.2 频率选择表面及其应用简介15-24
• 2.2.1 频率选择表面简介16-19
• 2.2.2 频率选择表面的应用19-21
• 2.2.3 影响FSS特性的参数21-23
• 2.2.4 FSS的理论依据23-24
• 2.3 整流升压电路基本原理24-26
• 2.3.1 二倍整流升压电路原理24-25
• 2.3.2 多倍整流升压电路原理25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 自整流频率选择表面的设计28-43
• 3.1 自整流频率选择表面简介28-29
• 3.2 自整流频率选择表面单元形状的选择29-30
• 3.3 方环形自整流频率选择表面单元的设计30-36
• 3.3.1 HFSS的简介31
• 3.3.2 方环形频率选择表面的等效电路分析31-33
• 3.3.3 方环形频率选择表面的仿真33-36
• 3.4 六边环形自整流频率选择表面单元的设计36-42
• 3.4.1 六边环形自整流频率选择表面的仿真36-39
• 3.4.2 六边双环形自整流频率选择表面的仿真39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 硬件电路的设计43-60
• 4.1 前端接收器的硬件设计43-50
• 4.1.1 整流二极管的选择43-45
• 4.1.2 自整流频率选择表面实物的制作45-46
• 4.1.3 自整流频率选择表面实物的测试与分析46-50
• 4.2 能量管理模块的设计及存储器件的选择50-54
• 4.2.1 能量管理模块的设计50-53
• 4.2.2 存储器件的选择53-54
• 4.3 实物的测试结果分析54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68
• 攻读学位期间的成果68

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本文编号：997200