五频段整流天线的研究与设计

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。为了将空间中的5G频段中3.5GHz与4.9GHz的微波能量以及传统频段中的1.75GHz、2.3GHz、2.8GHz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1.75GHz与2.3GHz实现全向性的线极化辐射,在2.8GHz,3.5GHz和4.9GHz实现圆极化辐射。五频带整流天线可在功率为-20～5dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。因此该整流天线可为低功耗电子设备供电。     

多界面匹配高效微波整流天线设计方法

整流天线效率对远距离微波能量传输的整体效率至关重要.针对传输系统接收整流端效率提升的需求,提出了一种多界面匹配高效微波整流天线的设计方法.首先对整流天线的效率给出了数学描述,并据此在能量波束入射界面、能量转移界面、能量转换界面、直流合成界面提出了匹配原理和方法.多界面匹配联合就形成了高效整流天线设计方法.最后,根据相关匹配原理进行了实验验证,证实了对波阻抗匹配和输入阻抗匹配的分析.     

整流天线研究进展及设计方法概述

微波输能(MPT)技术通过微波波束在两点之间进行能量的无线传输,可用于太阳能卫星、近空间飞行器、无线传感器等.整流天线将微波能量捕获并转换为直流,是MPT系统的关键部件.首先,从拓展工作频带、输入功率范围和负载范围等方面对整流天线最新研究进展进行概述,然后分析了其核心器件整流电路的拓扑结构及相应适用场合,对有效设计整流天线的步骤进行综合,最后分析了整流天线技术存在的问题,并指出了MPT技术未来的发展方向.     

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10～11、11～24和24～35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明：在-6～25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.     

环境WiFi能量采集系统的匹配网络与整流电路设计

设计了一款针对WiFi信号的环境能量采集系统,工作频率范围从2.4 GHz到2.485 GHz.该系统采用了4倍压整流电路,并设计了从天线到整流电路的宽带匹配电路,提升了能量采集的效率.设计的宽带匹配电路在WiFi工作频率范围内,S_(11)均小于-10 dB.整流电路可将采集信号增加4倍,能有效提高RF-DC转换效率.测试结果表明,所设计的电路达到了设计要求,在-10 dBm的输入功率下,达到了40%的RF-DC转换效率,并使超级电容在30 min内采集到了257 mV的电压.     

宽功率微波整流电路研究进展

无线能量传输可以摆脱线缆的限制,实现传感器的远距离无线充电、无电池设备的低功率能量收集等.首先介绍了无线能量传输的研究意义和工作原理,接着引出了其接收端的整流电路效率易受到输入功率波动影响的问题,并简要介绍了目前的一些解决方案;在此基础上介绍了3种采用无源网络减小对输入功率敏感的整流电路结构,这些结构能使电路在更宽的功率范围内实现高效率整流;最后展望了微波整流电路未来的一些研究方向.     

Ka波段整流天线的谐波平衡法分析

采用谐波平衡法(HBM)分析了Ka波段整流天线,计算了整流天线的转换效率,以转换效为目标函数,分别对整流电路的低通滤波器和直通滤波器进行了优化设计,得到了一种新的整流天线结构,此整流天线在150 mW净输入功率和100 Ω的负载电阻下有60%的转换效率。用时域法(TDM)对该整流天线进行了模拟,两者吻合得很好,表明了理论计算的可靠性。     

阻容负载整流电路的谐波分析

建立了阻容负载整流电路的数学模型,运用数学推理的方法对阻容负载整流电路产生的谐波进行了定量计算,通过推导直流侧电流的计算公式,最终可以通过傅里叶级数展开得出各次谐波含量计算公式。最后通过MATLAB／SIHULINK中的电力系统模块Sim Power Systems Blockset建立了该整流电路的仿真模型,对其工作情况进行了仿真研究。计算和仿真结果表明阻容负载整流电路的谐波污染非常严重。     

微波二极管检波特性分析

基于矩量法技术对微波二极管检波器的检波特性进行了分析．通过计算机仿真，研究了高频波纹及工作频率对微波二极管检波特性的影响．并将这一分析方法拓展到对倍压整流检波电路的分析，该方法已应用于设计微波电子标签的检波电路．在同等接收功率的条件下，倍压整流检波电路得到了更高的输出电压，提高了微波射频识别系统的灵敏度，取得了良好的预期效果．     

S波段宽带微波固态功率放大器的设计

微波功率放大器是发射机的重要组件,它的设计成了微波发射系统的关键.文中使用ADS仿真软件对一款功率放大器进行电路设计和仿真,根据晶体管的小信号S参数和I-V曲线,对功率管的输入、输出阻抗匹配电路及其偏置电路进行优化设计,使其性能达到设计要求.在2～2.5GHz的频段内,对输入功率为0dBm射频信号,使用功放模块可以输出40dBm的射频信号,带内波动≤±1.5dB.