本文關(guān)鍵詞：環(huán)境無線電波能量獲取系統(tǒng)研究　出處：《西南科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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(gè)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(jì)。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(jì)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(jì)和分析,通過設(shè)計(jì)優(yōu)化寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),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0d Bm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0d Bm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(gè)系統(tǒng)的整流效果,實(shí)現(xiàn)了0d Bm輸入功率條件下1.7~2.6GHz寬頻RF整流目的。
[Abstract]:With the rise of the Internet of things, the popularity of wireless sensor networks, and the improvement of integrated circuit technology, low-power communication systems will become the development trend in the future. Wireless sensor networks will gradually develop to ultra-low power consumption mode, and the rapid development of wireless communication, making the environment of radio wave energy more and more abundant. It will be possible for wireless sensor networks to power themselves by using radio wave energy in the environment. The two main components of radio wave energy acquisition are:. Rectifier circuits and receiving antennas. In order to achieve the effective acquisition of radio wave energy. It is necessary to improve the receiving efficiency of the antenna and the rectifying efficiency of the rectifier circuit so as to reduce the loss of energy as much as possible. Therefore, the performance and rectifying efficiency of the receiving antenna are very important in the energy acquisition system. In order to make full use of the radio wave energy in the environment. The broadband coplanar waveguide microstrip dipole antenna and broadband rectangular patch circular polarization antenna are studied and designed. By slotting the broadband rectangular patch antenna and adding the auxiliary radiation patch, the external field perturbation is formed. Thus the circular polarization of the antenna is realized at 1.7GHz and 2.6GHz, and the corresponding frequency of circular polarization is at 1.8Gz2.4GHz. The main purpose of the rectifier circuit is to rectify the electromagnetic wave energy received by the antenna. The RF energy received is converted to DC energy. Therefore, the design of rectifying circuit is directly related to the magnitude of DC output voltage and output efficiency after rectifying. The working principle of diode rectifier circuit is analyzed in this paper. . Select the rectifier diode suitable for RF energy acquisition, and finally adopt the Schottky diode double voltage rectifier structure, and carry out harmonic balance simulation in ADS. The function of RF rectifier is realized. In order to realize the minimum energy loss and maximum rectifying efficiency of the rectifier system, the broadband impedance matching network of antenna and rectifier circuit is designed and analyzed. By designing and optimizing the wideband impedance matching network, finally using the sector microstrip line matching structure to simulate the layout and schematic diagram, and realizing the 0dBm input power condition. The rectifier efficiency of 1.7g / 2.6GHz is 23 / 42.The corresponding DC output voltage is 0.430.58V. and the processing test of the wide band circular polarization antenna and rectifier circuit is carried out. The resonant frequency of the wideband circular polarization antenna is 1. 8 ~ 2. 5 GHz. The rectifier circuit is tested at 0dBm input power. The DC output voltage in the range of 1.7g 2.6GHz is 0.12V 0.25V. the rectifying effect of the whole system is verified. The purpose of RF rectifying at 1.7 ~ 2.6GHz is realized under the input power of 0dBm.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM619

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本文編號：1408006