環(huán)境無線電波能量獲取系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，無線傳感網(wǎng)絡的普及，以及集成電路工藝的提升，低功耗通信系統(tǒng)將會成為未來的發(fā)展趨勢，無線傳感網(wǎng)絡將逐步發(fā)展到超低功耗工作模式。而且無線通信的快速發(fā)展，使得環(huán)境中的無線電波能量越來越豐富，無線傳感網(wǎng)絡通過使用環(huán)境中的無線電波能量自行供電將成為可能。
　　無線電波能量獲取中兩個主要的部分就是：整流電路和接收天線。為了實現(xiàn)無線電波能量的有效獲取，就需要提高天線的接收效率和整流電路的整流效率，盡量減少能量損失，因此接收天線

2、的性能和整流效率在能量獲取系統(tǒng)中尤為重要。本文為了能夠充分利用環(huán)境中無線電波能量，對寬帶共面波導微帶偶極子天線和寬帶矩形貼片圓極化天線進行了研究和設計。通過對偶極子貼片天線采用環(huán)形漸變結構，實現(xiàn)2.2~3.3GHz寬帶諧振的目的。通過對寬帶矩形貼片天線開槽和添加輔助輻射貼片，構成外場微擾，從而實現(xiàn)天線在1.7~2.6GHz內的寬帶圓極化，對應的圓極化頻率范在1.8~2.4GHz，并對天線進行了加工測試。
　　整流電路的主要目的是對

3、天線接收到的電磁波能量進行整流，將接收到的RF能量轉換為直流能量。因此整流電路的設計直接關系整流后的直流輸出電壓和輸出效率的大小。本文通過對二極管整流電路的工作原理進行分析，選取適合 RF能量獲取的整流二極管，最終采用肖特基二極管二倍壓整流結構，在ADS中進行諧波平衡仿真，實現(xiàn)了 RF整流的功能。
　　為了實現(xiàn)整流系統(tǒng)的最小能量損耗，和最大整流效率，對天線和整流電路進行了寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡的設計和分析，通過設計優(yōu)化寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡，

4、最終采用扇形微帶線匹配結構進行版圖和原理圖聯(lián)合仿真，實現(xiàn)了0dBm輸入功率條件下，1.7~2.6GHz范圍整流效率達到23％~42%，對應的直流輸出電壓為0.43~0.58V。并對寬帶圓極化天線和整流電路進行了加工測試，測試出來寬帶圓極化天線的諧振頻率為1.8~2.5GHz。測試出整流電路在0dBm輸入功率條件下，1.7~2.6GHz范圍內的直流輸出電壓為0.12~0.25V。驗證了整個系統(tǒng)的整流效果，實現(xiàn)了0dBm輸入功率條件下1.7