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(luò)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(luò)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(luò)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(shí)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(dǎo)微帶偶極子天線和寬帶矩形貼片圓極化天線進(jìn)行了研究和設(shè)計。通過對偶極子貼片天線采用環(huán)形漸變結(jié)構(gòu)，實(shí)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(gòu)成外場微擾，從而實(shí)現(xiàn)天線在1.7~2.6GHz內(nèi)的寬帶圓極化，對應(yīng)的圓極化頻率范在1.8~2.4GHz，并對天線進(jìn)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(jìn)行整流，將接收到的RF能量轉(zhuǎn)換為直流能量。因此整流電路的設(shè)計直接關(guān)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(jìn)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(jié)構(gòu)，在ADS中進(jìn)行諧波平衡仿真，實(shí)現(xiàn)了 RF整流的功能。
　　為了實(shí)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(jìn)行了寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和分析，通過設(shè)計優(yōu)化寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，

4、最終采用扇形微帶線匹配結(jié)構(gòu)進(jìn)行版圖和原理圖聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)了0dBm輸入功率條件下，1.7~2.6GHz范圍整流效率達(dá)到23％~42%，對應(yīng)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(jìn)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(nèi)的直流輸出電壓為0.12~0.25V。驗(yàn)證了整個系統(tǒng)的整流效果，實(shí)現(xiàn)了0dBm輸入功率條件下1.7