无线射频能量收集系统的研究与设计

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1、硕士学位论文无线射频能量收集系统的研究与设计作者姓名曾广德学科专业通信与信息系统指导教师靳贵平副教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月TheResearchandDesignoftheRadioFrequencyEnergyHarvestingSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengGuangdeSupervisor：Prof.JinGuipingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN82学校代号：10561学

2、号：201520108805华南理工大学硕士学位论文无线射频能量收集系统的研究与设计作者姓名：曾广德指导教师姓名、职称：靳贵平副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：通信与信息系统研究方向：现代通信理论与技术论文提交日期：2018年4月16日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李融林委员：曹静、靳贵平、常天海摘要随着现代无线通信技术的飞速发展，移动通信基站和无线局域网络变得越来越普及，空间中分布的电磁信号能量量级也得到很大程度的提升。因此射频能量作为一种分布越来越广泛的能量形式，将其收集回收再利用这一想法开始

3、引发大家的思考，射频能量收集概念也由此应运而生。射频能量收集概念是由无线能量传输发展而来的，无线能量传输技术是将较大功率密度的电磁能量信号通过无线方式传播，以完成对中远距离能量传输的一种技术，而射频能量收集技术则是对周围空间分布的较小能量密度的电磁能量进行回收再利用的一种技术。两者虽然都采用整流天线，但两者在具体的设计细节上存在很大区别。目前，射频能量收集技术还处于起步阶段，在提高系统设计一体化、小型化、提升系统低能量密度时的整流效率、扩展系统的工作带宽等方面还有许多问题需要解决。本文围绕射频能量收集这一研究课题，首先设计了一款双频射频能量收集系统，并在其设计基础上分别对系

4、统的接收天线和整流电路加以改进，进而设计了一款三频段的射频能量收集系统。本文具体的内容如下：1.提出了一款双频射频能量收集系统。系统采用平面宽带八木天线作为其接收天线部分。天线的工作频段为1.54-2.34GHz，阻抗带宽可完全覆盖GSM1800和UMTS2100移动通信频段，实测平均增益为5.5dBi左右，并且具有良好的端射方向图。系统的整流电路部分为工作在1.8GHz和2.1GHz的双频整流电路，且电路能够在-20dBm至-5dBm较低输入功率范围内获得20%~45%左右的整流效率。双频无线射频能量收集系统整体在室外环境中联合测试时，在电路负载电阻上能够获得约250~3

5、50mV的直流电压。2.在上述双频能量收集系统的基础之上，设计了一款三频段的射频能量收集系统。接收天线部分选择了能够更好地接收各种极化来波的宽带圆极化天线。天线的实测工作带宽以及3dB轴比带宽基本均可覆盖1.6GHz-2.45GHz，其中包括了GSM1800/1900、UMTS2100以及2.4GHz的WLAN频段；天线实测增益约为3dBi。整流电路部分也在上一章整流电路的基础上通过并联支路的方式增加了2.4GHz的频段，使电路能够整流GSM1800、UMTS2100和WLAN2.4GHz三个频段的射频能量，且整流电路实测可以在低输入功率下（-5dBm左右）达到40%左右的

6、整流效率。三频无线射频能量收集系统整体在室外环境中实际联合测试时，负载电阻上能够获得约200~400mVI的直流电压。通过上述的研究，丰富了射频能量收集技术的研究与设计方法，为其未来在工程上的应用打下了基础。关键词：射频能量收集；接收天线；整流电路；低能量密度IIAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernwirelesscommunicationtechnology,mobilecommunicationbasestationsandwirelesslocalareanetwork(WLAN)isbecomingmoreandmorepo

7、pularinourdailylife.Hencetheenergyleveloftheelectromagneticintheambientspaceisincreasingsignificantly.Recyclingthosewidespreadenergyhasarouseourcommonconsideration.HencetheconceptofRFenergyharvestingcamesintobeing.TheconceptofRFenergyharvestingcantracebacktowi