本文關(guān)鍵詞：用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的射頻能量收集器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的部署在這些年越來越完善。通常情況下,由電池供電的傳感限制了傳感器的使用壽命。這個問題可以通過使用從將環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為可用電能的能量收集技術(shù)來克服。這種技術(shù)可用于各種應(yīng)用中,如遠程病人監(jiān)護、可植入傳感器、機械設(shè)備監(jiān)控等。本文介紹了射頻能量收集系統(tǒng),主要側(cè)重射頻能量收集系統(tǒng)整流架構(gòu)的研究、接收天線的設(shè)計和存儲裝置的選擇。本文對幾種整流架構(gòu)、存儲裝置進行了對比研究,并最終完成了射頻能量收集系統(tǒng)的設(shè)計。首先,本文對能量收集系統(tǒng)的原理進行了簡要介紹,能量收集系統(tǒng)的作用就是從環(huán)境中將某種形式的能量轉(zhuǎn)換為可利用的電能。隨后,對壓電式、太陽能、熱能、靜電能量、電磁能量、射頻能量收集器進行了對比分析,比較了他們各自的優(yōu)缺點,分析得出射頻能量收集器是解決如今能源短缺問題的可行方式之一。第二章著重介紹了射頻能量收集系統(tǒng)的原理及構(gòu)成,射頻能量收集系統(tǒng)由接收天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路、存儲裝置及負載五部分構(gòu)成,其中最主要的是接收天線和整流電路。提高輸出電壓并提升功率轉(zhuǎn)換效率是射頻能量收集系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。第三章對整流電路進行了比較分析并提出了改進意見。分析了橋式整流器和電荷泵的優(yōu)缺點。橋式整流器電路設(shè)計簡易,原理簡單,便于設(shè)計,但是輸出電壓不足,功率轉(zhuǎn)換效率也不高。電荷泵相對就有較高的輸出電壓和功率轉(zhuǎn)換效率。此外,針對我們選擇的電荷泵電路,我們有比較了不同級數(shù)對輸出電壓和功率轉(zhuǎn)換效率的影響,并選擇HSMS-2852作為電荷泵中的元件。第四章主要是對接收天線及存儲裝置進行了設(shè)計。針對接收天線,我們首先設(shè)計了單頻天線并進行仿真,發(fā)現(xiàn)單頻天線具有較高的局限性。隨后我們設(shè)計了多頻天線,提高了射頻能量收集系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率。針對存儲裝置,我們對超級電容及鋰離子電池等進行了詳盡的對比,分析得出超級電容是理想的能量存儲裝置。本文的最后對整個射頻能量收集系統(tǒng)進行了總結(jié)和展望。本文設(shè)計的射頻能量收集系統(tǒng)為解決能源短缺、為無線網(wǎng)絡(luò)不間斷供能提供了參考。同時,在以后的工作中希望能夠找到一種“超級天線”,能夠接收各個頻段的能量或者各種不同類型的能量,這樣能量收集就成為一種簡單且非常有效的手段了。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感網(wǎng)絡(luò) 射頻能量收集系統(tǒng) 整流器 接收天線 能量存儲
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究工作的背景與意義11-13
• 1.2 能量采集系統(tǒng)的模塊分類13-14
• 1.3 能量收集技術(shù)14-19
• 1.3.1 壓電式能量收集14-15
• 1.3.2 太陽能能量收集15
• 1.3.3 熱電能量收集15-16
• 1.3.4 靜電能量收集16
• 1.3.5 電磁能量收集16-18
• 1.3.6 射頻能量收集18-19
• 1.4 能量收集方法的比較19-20
• 1.5 本論文的結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第二章 射頻收集系統(tǒng)21-26
• 2.1 近場和遠場傳播21
• 2.2 射頻功率傳輸21-22
• 2.3 射頻能量收集系統(tǒng)概述22-24
• 2.4 RF-DC轉(zhuǎn)換整流24
• 2.5 能量收集系統(tǒng)的關(guān)鍵問題24-25
• 2.5.1 收集器的閾值24-25
• 2.5.2 功率轉(zhuǎn)換效率25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第三章 射頻能量收集器整流電路設(shè)計26-48
• 3.1 橋式整流器概述26-32
• 3.2 橋式整流器的仿真32-36
• 3.2.1 頻率對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響32-33
• 3.2.2 晶體管的尺寸對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響33-35
• 3.2.3 負載電阻對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響35-36
• 3.3 差分CMOS整流器的仿真36-40
• 3.3.1 輸入振幅對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響36-37
• 3.3.2 晶體管尺寸對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響37-39
• 3.3.3 負載電阻對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響39
• 3.3.4 頻率對功率轉(zhuǎn)換效率的影響39-40
• 3.4 電荷泵概述40-43
• 3.4.1 DICKSON電荷泵40-41
• 3.4.2 倍壓整流器41-43
• 3.4.3 電荷泵電路元器件的選擇43
• 3.5 電荷泵的仿真43-47
• 3.5.1 晶體管尺寸對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響45
• 3.5.2 頻率對輸出電壓及功率轉(zhuǎn)換效率的影響45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 射頻能量收集系統(tǒng)整體設(shè)計48-61
• 4.1 整流天線的設(shè)計48-53
• 4.1.1 環(huán)境中射頻能量分布測量48-49
• 4.1.2 單頻半波偶極子天線的設(shè)計49
• 4.1.3 單頻半波偶極子天線的仿真49-51
• 4.1.4 單頻微帶貼片天線的設(shè)計51-52
• 4.1.5 單頻微帶貼片天線的仿真52-53
• 4.2 雙頻天線53-56
• 4.2.1 雙頻天線的設(shè)計53-54
• 4.2.2 雙頻天線的仿真54-55
• 4.2.3 室外環(huán)境中整流天線的測量55-56
• 4.3 射頻能量收集系統(tǒng)的存儲模塊56-59
• 4.4 射頻能量收集系統(tǒng)測量59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果66-67

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本文編號：292424