低功率微波整流技术研究与应用

《低功率微波整流技术研究与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TN014论文编号：102870416-S037学科分类号：080904硕士学位论文低功率微波整流技术研究与应用研究生姓名王陇刚学科、专业电磁场与微波技术研究方向射频技术与系统指导教师王薪副教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandEngineeringTheResearchandApplicationofLowPowerMicro

2、waveRectificationTechnologyAThesisinElectronicsScienceandTechnologyByLonggangWangAdvisedbyAssociateProf.XinWangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyDecember,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文

3、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要微波整流技术是实现微波无线能量传输与获取的关键技术，该技术通常采用半导体二极管将天线接收到的微波频段的能量转换为直流供电电压，适合用于对无线传感器、有源射频识别（RFID，RadioFrequency

4、Identification）标签等低功耗电子设备无线供电，使这些设备得以摆脱电池寿命的限制。在实际应用中，微波能量的接收和转换由整流天线完成。整流天线通常包括接收天线和整流电路两个部分。本文主要研究低功率条件下微波整流电路的设计与实现，包括在极低输入功率下提高整流效率、减小电路尺寸、实现双频段整流的方法。在此基础上针对有源电子标签及传感器节点低功耗唤醒模块的需求，设计了一种基于微波整流的半导体开关无线控制方法，用于实现极低功耗唤醒模块的无线控制。具体而言，本文工作的主要内容和成果包括：（1）对整流二极管的非线性特性进行了理论

5、分析，然后针对低功率无线传感器等设备的供电需求，设计了一款工作频率在900MHz的电压倍增整流电路，并进行了相应的实物加工与测试，测试结果表明在输入-20dBm功率下实现了20.5%的整流效率。（2）设计实现了一种串联二极管结构的双频整流电路，该整流电路在UMTS频段和WIFI两个频段的中心频点即2.16GHz和2.45GHz均表现出良好的工作特性，在-15dBm输入功率下分别实现了31.7%和27.4%的整流效率。（3）将微波整流应用于有源电子标签及无线传感器的低功耗唤醒，提出了一种基于低功率微波整流的半导体开关无线控制方法

6、。为此，设计了一款具有全向辐射特性的环形电小天线作为无线唤醒信号的接收天线；以实现最大直流输出电压为目标，优化设计了单天线单路和双天线阵列两种整流方案，仿真并实测对比了两者的性能。结果表明，采用双单元的整流阵列设计，每一路天线接收到-18dBm的射频功率时，直流输出可以达到典型的CMOS开关控制所需的最低电平，从而验证了采用低功率微波整流实现半导体开关无线控制的可行性。（4）为进一步提高低功率输入条件下的微波整流效率，研究了阵列形式的多路整流结构及其性能。采用该结构，在每个天线后面配备单独的整流电路，多路直流输出串联合并相加得

7、到总的直流输出功率。测试和仿真表明，采用阵列结构实现的整流效率均高于单路整流的转换效率。实测得到的结果，单路整流在输入功率-20dBm时达到20.5%的转换效率，采用阵列结构则可实现22.5%的转换效率。关键词：无线能量传输，微波整流，低功率，半导体开关，整流效率I低功率微波整流技术研究与应用ABSTRACTMicrowaverectificationisoneofthekeytechniquesthatenablethemicrowavepowertransmissionandharvesting.Thetechnology

8、usuallyutilizesthenonlinearityofrectifyingdiodestoconvertmicrowavepowertoDCoutputvoltage,whichcanbeusedtosupplypowerwirelesslytoportableel