论文总字数：18460字

目 录

1 绪论 4

1.1 研究意义与背景 4

1.2国内外研究现状 5

1.3主要研究内容和论文结构 6

2 理论基础 7

2.1 微带线 7

2.1.1微带线介绍 7

2.1.2 微带线的基本参数 8

2.1.3微带线有效介电常数、特征阻抗 8

2.1.4 微带线的选择 9

2.2 微波整流器 9

2.3 T支节的双频匹配特性 10

3 整流器的设计与实现 10

3.1 整流器的设计 10

3.1.1 二极管的选择 10

3.1.2 整流器的优化 13

3.2 整流器的实现 17

3.3整流器的测试与总结 19

3.3.1 整流器的性能测试 19

3.3.2 相关的实验设备介绍和总结 20

4总结与展望 23

参考文献 23

致谢 25

整流器在环境射频能量采集中的应用与研究

陈雪菲

, China

Abstract：

Due to the rapid upgrading of modern wireless communication networks, the energy supply of wireless devices has become an important research topic for many scholars. Considering the to commonly used light, wind and heat and other natural clean energy receiving device will be the possibility of greater impact and interference of the external environment, and space solar energy with energy flow density, can continue unchanged, day and night weather, clean and no pollution and other advantages. With human exploration of the universe desire enhancement, and oil, natural gas, coal and other non renewable resources increasingly tight and the earth's ecological environment worsening, all countries in the world have become increasingly concerned about the how to make rational use of space solar power. Absorption of RF energy space by rectifying antenna provides a kind of effective way for remote wireless energy supply, in order to realize the rectenna for highly efficient operation of the system reached high conversion efficiency and high gain of the transmitting and receiving antenna, and has a high conversion efficiency of the rectifier design and use is particularly critical. The rectifying antenna system includes two main modules: receiving antenna and microwave rectification circuit, which are used to receive microwave energy receiving antenna, and is used to process the received microwave energy. The microwave rectifier circuit can be divided into: microwave low pass filter, matching circuit, microwave rectifier diode, DC filter and load. If you want to get the ideal high AC to DC conversion efficiency is required, the design should be constructed from the receiving antenna system by properly using the materials, rectifier diode, and the feedback voltage, polarization, and related matching problems of multiple aspects. In this thesis, the received RF energy, rectifier how AC to DC power conversion efficiency maximization were studied.

To collect the radio frequency energy from the communication frequency bands GSM1800 and UMTS, with the help of computer simulation software ADS the system design of a rectifier with good rectification efficiency made by microstrip lines is condcuted. Also, the simulation software is applied for simulation and optimization of the rectifier so as to,obtain a maximum AC to DC power conversion efficiency.

Keywords：Radio frequency energy；Rectifier； Microstrip line rectifier；

1 绪论

1.1 研究意义与背景

近些年，射频能量采集在众多可靠的电磁资源中得到了广泛的应用，并取得了极大的关注。因为，收集和利用它作为许多电气设备的能量供给是很有意义的，如耳机、可穿戴式医疗传感器，无电池遥控传感器和用于工业控制，等等。射频能量采集技术的研究和发展，使可持续装置成为了可行的。这些设备的主要关注点是常见的电池寿命和更换问题。将射频能量采集技术应用于这些设备，可大大延长电池的使用寿命，有时甚至可以避免电池的需求。环境射频能量是一种很好的有潜力的供应能量，因为它是广泛大量传播的可靠的电磁资源。然而，由于环境中射频能量的功率密度是非常小的，所以满足射频到直流电源转换效率设计要求的这种射频能量收集技术是非常具有挑战性的，也有很大的应用前景。随着无线通讯，雷达和遥感技术的飞速成长，微波滤波器的RF收发信机的系统设计方面的需求不停地增加。在现代微波和卫星移动通信系统对双频带滤波器的带宽和中心频率的需求较高。双频带滤波器的良好阻带特性是易于控制和维持的。此外，生活中所需的各种传感器，如果都依赖于有源传感器的形式是不实际的，这需要用能接收空间能量的传感器，以持续它的稳定工作，这就需要无线传输技术，将空间能量收集在一起，射频/微波能量转换成直流电来供应能量。

就在2011 年，为全世界所关注的日本福岛核电站发生重大事故，该事故已经给日本以及周边国家地区的人民带来了难以估计的损失与伤亡，并间接导致了全球多个国家为了以防发生相同的事故而关闭了多处核电站。所以，近几年人们不断努力的寻找新的能在生活中及时供给的能源来源，这才有可能稍微地满足我们人类日渐膨胀的能源需求，进而保护我们的天然环境以及自然资源。稍微留意生活中发生的时事的人都能看到能源需求的极速增加给未来世界的正常运行带来了疑问与挑战，所以，新能源和可再生能源的研究与探索已经成为了非常热门的课题之一[1]。是以拥有能量巨大、连续不乱、不因日夜天气影响、清洁等优点的空间太阳能运用已经受到各个国家的关注。随着石油和煤炭等不可再生资源的迅速消耗，新可持续利用能源的开发已是迫在眉睫的事情，其中太阳能的使用与开拓是再生资源的重要来源之一[2]。因为受大气层的遮挡，近地上接收到的太阳能较少，因此拥有清洁、能量巨大、不因日夜天气影响等优点的空间太阳能的开发使用已越来越多[3]。

利用空间太阳能说起来好像很难但随着人类科技能力的提高，已可能使用空间太阳能来解决人类未来所面对的能源危机。空间太阳能电站所发的电能想要输能送回地表，传统有线输电方式当然是不实际的，唯一方法就是采取无线输电技术[4]。此外，可以使用无线传输技术为无线机械人，微型无人驾驶飞行体和其他的无线体充电[5]，得见无线传输技术拥有广阔的应用远景。

微波无线传输输能是指在真空或没有任何其它的辅助介质作为传输线或是波导来实现能量转移的一种方法技术,它是用于太空输电发电，地面卫星和飞机和其他飞机传输，星际探测，军用定向能武器等技术研究使用方面它有着重要的运用意义。通过自由空间的能量微波传输是直接从发送端向接收端传输时,传输损耗只有雨衰减、遮挡物损耗和大气损耗等;同时微波束的强度和方向是很容易控制，从而可使功率密度可满足国际安全标准。近年来，微波能量传输技术已在国际和国内受到越来越多的关注，在国际和国内。目前，除了使用微波能量的传输，也有使用激光能量传递的在国内外小范围内进行。使用激光能量传递的优点是激光具有较高的传递效率和较高的能量密度。然而，由于技术的不成熟将激光转换成直流能量的转化效率在目前技术下还很低，更何况激光输能还有会受环境限定、输出功率小、对动植物的危害性比较大等缺点。所以几乎不受到环境束缚，且总的转换效率远远大于激光输电的微波输能技术是无线输能在远距离能量传输上的优质之选。而随着微波频率的逐渐升高，能量在微波传输中会越来越集中，相对的定向性也会更好。

1.2国内外研究现状

关于微波能量传输技术的研究，早在本世纪初期，美国无线电技术委员会就提出了关于自己国家空间站通过太阳能卫星发电的宏伟计划蓝图。首先在2006〜2007年实现百公里范围内的微波能量和微波能量传输实验5kw到20kW水平的传输。而规模达到1MW水平的SSP系统平台将要想办法在2008年到2012年期间实现。而到2025年这个水平将要突飞猛进的上升到100MW，使能在2035年上升至1-2GW。而计划的最后则是将超过10GW的SSP平台领先于世界各国建造成功，届时，微波能量的大规模应用将得以实现，而人们发恼的能源供应将得以解决，人类在星际空间和探索宇宙这一高科技领域也能将水平提高到一个新境界。

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