【摘要】：射頻能量收集技術(shù)通過收集射頻電磁波信號(hào)可為低功耗的傳感器、植入式生物醫(yī)療芯片等電子設(shè)備供電。作為當(dāng)前環(huán)境中普遍存在的一種能量形式,射頻能量具有綠色環(huán)保、供電穩(wěn)定、適用范圍廣等特點(diǎn)。因此,射頻能量收集技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展中傳統(tǒng)電池供電需要巨大人力成本更換電池以及特殊環(huán)境下無法更換電池的問題,研究并設(shè)計(jì)了射頻能量收集系統(tǒng),針對(duì)傳統(tǒng)射頻能量收集系統(tǒng)僅僅收集單頻段射頻能量的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了多頻寬頻射頻能量收集系統(tǒng)。主要研究工作如下:(1)寬頻接收天線設(shè)計(jì)研究�；诜中胃拍钐岢隽�2種新型自相似寬頻天線結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了仿真與設(shè)計(jì)。第一種分形天線的仿真頻寬從1.05GHz至3GHz,實(shí)測(cè)頻寬從1.4GHz至2.9GHz。第二種分形天線的仿真頻寬從0.93GHz至2.72GHz,實(shí)測(cè)頻寬從1.0GHz至2.6GHz。為構(gòu)建天線陣列提高增益,設(shè)計(jì)并制作了四等分功分器,該功分器仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表示在輸入端口回波損耗達(dá)到20dB以上,輸出端口回波損耗都達(dá)到15dB以上,說明輸入輸出端口皆匹配良好。四個(gè)輸出端口之間隔離度都達(dá)到15dB以上,插損在6dB至7dB之間。將分形天線作為陣元天線和功分器組合成陣列天線,實(shí)測(cè)陣列天線的頻寬從1.5GHz至2.6GHz,能完全覆蓋GSM-1800、UMTS-2100、無線Wi-Fi 2.4G頻段。另外研究了貼片開槽、介質(zhì)板厚度與介電常數(shù)對(duì)天線頻帶的影響,通過引入兩種模式、增加介質(zhì)板厚度、降低介質(zhì)板介電常數(shù)的方法設(shè)計(jì)了2種多頻寬頻開槽陣列天線。第一種微帶開槽陣列天線的仿真頻寬為1.82GHz-1.9GHz和2.06GHz-2.16GHz,實(shí)測(cè)帶寬為1.8GHz-1.88GHz和1.95GHz-2.11GHz。第二種微帶開槽陣列天線的仿真頻寬為2.35GHz-2.59GHz,實(shí)測(cè)頻寬為2.3GHz-2.53GHz。(2)匹配整流電路設(shè)計(jì)研究。為提高能量轉(zhuǎn)換效率,對(duì)整流電路及匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。選用肖特基HSMS-2852二極管作為整流二極管,分析了在不同輸入功率和不同輸入頻率下該二極管阻抗的變化。設(shè)計(jì)了單階二倍壓整流電路,優(yōu)化了整流電路的電阻電容值。設(shè)計(jì)和制作了兩種匹配電路,其中L型匹配網(wǎng)絡(luò)覆蓋無線Wi-Fi頻段,T型寬頻匹配網(wǎng)絡(luò)處于GSM-1800、UMTS-2100頻段內(nèi)。實(shí)測(cè)在-10dBm輸入功率下,電路的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)23%。(3)射頻能量收集系統(tǒng)測(cè)試及應(yīng)用研究。利用設(shè)計(jì)的天線、天線陣、匹配整流電路構(gòu)成多種射頻能量收集系統(tǒng)并進(jìn)行測(cè)試分析。實(shí)測(cè)系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%。單路系統(tǒng)實(shí)測(cè)結(jié)果顯示,當(dāng)系統(tǒng)的接收天線為分形天線時(shí),在離無線Wi-Fi路由器10cm內(nèi)輸出功率為5μW當(dāng)接收天線為開槽天線時(shí)在離無線Wi-Fi路由器10cm內(nèi)輸出功率為10μW。將分形天線與功分器組合成陣列天線形成多路系統(tǒng),測(cè)試顯示在離無線Wi-Fi路由器距離大概30cm處輸出功率為5μW。最后基于開槽天線構(gòu)建了兩種立方體型能量收集系統(tǒng),系統(tǒng)收集手機(jī)輻射信號(hào),輸出電壓最高可達(dá)2.3V,輸出電流為0.73mA,輸出功率可達(dá)1.68mW,可同時(shí)點(diǎn)亮四個(gè)LED燈,驅(qū)動(dòng)一個(gè)電子表和一個(gè)電子時(shí)鐘。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM619

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2289102