【摘 要】
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随着无线通信系统的高速发展,周围环境空间中的微波能源越来越丰富。将周围环境中的微波能源进行收集并转换为直流电输出,为低功耗电子设备供电的技术称为微波能量收集技术。它具有可植入和可持续收集的优势,其核心器件是整流天线。但是传统的整流天线都是以刚性材料作为介质基板,以金属作为导体材料。因此具有不易弯折以及弯折稳定性差的缺点,利用这些整流天线为设备供电会带来诸多不便。而柔性整流天线有弯折稳定性好,易与设
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随着无线通信系统的高速发展,周围环境空间中的微波能源越来越丰富。将周围环境中的微波能源进行收集并转换为直流电输出,为低功耗电子设备供电的技术称为微波能量收集技术。它具有可植入和可持续收集的优势,其核心器件是整流天线。但是传统的整流天线都是以刚性材料作为介质基板,以金属作为导体材料。因此具有不易弯折以及弯折稳定性差的缺点,利用这些整流天线为设备供电会带来诸多不便。而柔性整流天线有弯折稳定性好,易与设备共形的优点,这在为设备供电时会减小设备的整体尺寸从而实现小形化。因此,对柔性整流天线的研究具有非常重要的现实意义。本论文的研究内容分为以下两个方面:(1)宽带柔性整流天线的研究。首先对比各种介质基板与柔性导电材料的性能选择合适的材料设计了一款柔性宽带整流电路,其频率范围为2.1 GHz至2.6 GHz,转换效率最高为54%。并且将设计的整流电路与一款基于金属导电材料的整流电路进行弯折对比。之后设计了一款基于单极子天线结构的柔性宽带天线作为接收天线。进一步,为了扩大柔性整流天线的应用场景,设计了一款工作于2.45 GHz的可穿戴整流天线。因单极子天线为全向辐射天线,人体处于天线背部会影响天线的输入阻抗以至于影响整流天线的整体性能。因此将人工磁导体结构与整流天线相结合,可以避免人体对天线输入阻抗的干扰。测试结果显示所设计的两个整流天线在具有优秀的弯折稳定性的同时都具有较好的性能。(2)可收集5G微波能量的五频段整流天线的研究。针对5G频段以及传统频段的微波能量收集,提出了一款五频段柔性整流天线,其主要由微波能量接收天线和五频段整流电路组成。为了保证整流天线的整体柔性,采用0.787 mm厚度的RT 5880材料作为介质基板,采用多层石墨烯薄膜作为导电材料。为了将空间中的5G频段中3.5 GHz与4.9 GHz的微波能量以及传统频段的上1.75 GHz,2.3 GHz以及2.75 GHz的微波能量转为直流功率进行输出,整流电路由两个并联二极管结构的整流电路并联而成,为了收集更多的微波功率,接收天线的辐射方向图在1.75 GHz与2.3 GHz实现全向性的线极化辐射,在2.75 GHz,3.5 GHz和4.9 GHz实现圆极化辐射。五频段整流天线可在功率为-20 dBm—5 dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。
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