基于宽频带高增益天线的射频能量收集组件的研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目基于宽频带高增益天线的射频能量收集组件的研究专业学位类别工程硕士学号201522240216作者姓名孙洋涛指导教师徐自强副研究员分类号密级注1UDC学位论文基于宽频带高增益天线的射频能量收集组件的研究（题名和副题名）孙洋涛（作者姓名）指导教师徐自强副研究员电子科技大学成都申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2018.4.

2、9论文答辩日期2018.5.22学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchofRFEnergyHarvestingDeviceBasedonWidebandandHighGainAntennaAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMasterofEngineeringMajor:Yang-taoSunAuthor:Zi-QiangXuSupervisor:SchoolofM

3、aterialsandEnergySchool:摘要摘要射频能量收集技术可以利用周围环境中的射频能量给这些低功耗产品供能，它是实现射频能与直流能转换的有效手段之一。本文以提高接收天线带宽和增益以及提高整流器转换效率为目标，设计了三款新颖且实用的整流天线以及一款能满足较低电压输入的DC/DC升压储能电路。首先，本论文介绍了射频能量收集技术的发展历史、基本结构以及国内外研究现状，从而概括了整流天线的研究方向。然后介绍了空间中射频能量分布情况，并对分别实现圆极化、宽频带、高增益接收天线的方法以及天线性能衡量指标进行了归纳。另外还对整流电路中整流二极管以及拓扑结构的

4、选择，以及输入阻抗的非线性进行了分析，并列举了单级倍压整流电路的仿真实例。同时还介绍了窄带、双频、宽带匹配电路的设计方法。其次，本论文设计了一款2.4GHz圆极化微带整流天线，接收天线采用双馈电带环形槽微带天线，实现了双向圆极化宽带高增益特性。单频整流器由单频匹配电路与单级倍压整流电路相连而成，具备较低的损耗特性。通过对接收天线和整流器分别加工和测试，验证了该整流天线在低功率条件下2.4GHz频段内具备较高的整流效率。然后，本论文设计了两款宽频带圆极化整流天线。一款是三频段圆极化整流天线，接收天线采用正交偶极子天线，其通过四分之三延迟线的自相移馈电结构，实现

5、了圆极化辐射，通过在相邻偶极子臂之间引入寄生贴片和细偶极子对来展宽阻抗和轴比带宽。另一款是四频段圆极化整流天线，接收天线采用偶极子阵列天线，其通过功分相移馈电结构，实现圆极化，并通过对偶极子臂变形以及加金属臂来展宽阻抗和轴比带宽以及提高增益。三频段和四频段整流器分别由三频段和四频段匹配电路与单级倍压整流电路构成。通过加工和测试，两款整流天线分别覆盖GSM1800/UMTS2100/2.4GHz频段和GSM900/GSM1800/UMTS2100/2.4GHz频段，并验证了当多信号同时输入时，整流效率将会得到显著提升。最后，本论文提出了一款可以应用在整流天线输

6、出端的DC/DC升压储能电路。通过在电源管理芯片LTC3108的外围电路中合理的加入升压变换器、超级电容器以及电容元件，从而可以实现在较低电压输入的情况下，输出较高的可直接应用的标准电压，并在超级电容器的帮助下，实现多余直流能的存储。关键词：射频能量收集，整流天线，低功耗产品，DC/DC升压储能电路IABSTRACTABSTRACTRFenergyharvestingtechnologycanutilizetheradio-frequency(RF)energytopowerlow-powerelectronicdevices,whichisoneofthe

7、effectivemeanstorealizetheconversionofRFenergyandDCenergy.Inthispaper,inordertoimprovebandwidthandgainofthereceivingantennaaswellasincreasetheconversionefficiencyoftherectifier,threenovelandpracticalrectennaandaDC/DCboostenergystoragecircuitwiththelowvoltageinputaredesigned.Firstly

8、,thispaperintroducesthedev