无线能量收集系统的天线设计与研究

无线能量收集系统的天线设计与研究

内容简介：随着超低功耗芯片技术的发展，无线传感器节点的功耗已进入微瓦(μW)级范围，同时日益增多的无线网络和手机通讯基站等无线电发射设备使周围环境中充满了丰富的电磁波能量，因而低功耗农业传感器利用环境中的射频无线能量为自身供电成为可能。本文主要针对射频无线能量接收系统中整流电路和天线设计进行了探索和研究。通过理论分析、电磁场仿真和实验验证等手段，总结了适用于射频无线能量接收系统的整流天线设计的一般方法。分别设计了一种改进的整流天线和两种双频天线，并进行了分析和实验验证。本文主要完成了以下工作:
　　(1)对微带贴片天线进行了详细的分析与设计，基于微带天线理论分析了天线工作原理并获得了参数计算公式。使用全波电磁场工具对微带天线进行了设计和仿真验证。
　　(2)研究了传统的微带整流天线设计技术。建立整流天线的电路模型并使用电路与电磁场协同仿真对输入输出滤波器和匹配电路进行设计和优化，推导并获得整流天线的整流效率。
　　(3)在传统的整流天线的基础上，设计了一种工作频段为1.9GHz小型化微带贴片整流天线，该天线在结构上使用直接匹配和LC补偿结合的方法省去了微带滤波器和微带线匹配网络，在损失一定的整流效率基础上大大降低了整流天线尺寸。
　　(4)研究双频天线设计方法，基于1.9GHz和2.4GHz两个频段，设计了一种单馈双频微带天线和双层重叠共地面双频天线。仿真结果表明天线具有较好的辐射特性。
　　(5)提出了一种缝隙加载结合双线馈电的双频段天线结构，设计了一种适用于环境无线能量接收的新型小尺寸双频微带缝隙天线。测试结果表明该天线具有较好的性能和较小的尺寸，同时验证了设计方法的正确性。

作者：杨晓东,

关键词：无线能量接收, 微带滤波器, 超低功耗芯片, 天线设计,