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文

赏

析

2022年电子技术应用第2期

薛 亮，白 雪，徐雷钧

江苏大学 电气信息工程学院，江苏 镇江212013

摘要：

为了更好地利用空间无线电波RF能量，设计了一款覆盖谐振频率为1～14 GHz宽带天线，并针对2.4 GHz进行整流天线设计。天线主体为一个圆形贴片，在地面通过开圆形槽的方式，改变辐射单元表面电流强度，实现宽带谐振和增强辐射的作用。天线在2.4 GHz处为最佳谐振点,此频段对应的最大增益为6.26 dBi。为了使整流天线小型化，将匹配整流电路与收集天线一体化设计。经过测试：整流天线在2.4 GHz时最大转换效率为56.76％，对应的最大输出直流电压为2.61 V。

关键词：

能量收集，整流效率，宽带整流天线

0 引言：

无线通信技术日新月异，已经成为人们日常生活的一个组成部分。人们可以很容易接收到电视、蜂窝网络和Wi-Fi信号。通过射频能量收集技术，这些信号可以为一些低功耗设备供电。因此，射频能量收集被认为是一种越来越重要的技术[1]。射频能量收集的原理是通过天线接收空间无线电磁波，对无线电磁波能量进行整流，转换成直流能量储藏在大电容中，从而实现能量获取的目的[2]。随着5G的普及，环境中的频谱资源日益丰富，作为接收射频能量的天线受到广泛关注[3-4]。同时，能够覆盖多频率范围的宽频天线成为人们的研究热点[5]。

文献[6]在0.85～1.94 GHz的频段内有较好的性能但带宽很窄；文献[7]通过给天线开槽，实现宽带；文献[8]通过增加介质层数，实现宽带；文献[9]则采用阵列天线实现宽频，但结构复杂，占用面积大，设计难度增加。文献[10]中频宽为1.7 GHz，整流电路效率仅为8%，而文献[11]中，频宽0.3 GHz，整流效率却提高到了15%。文献[12]设计了一种改进型双槽天线，带宽为0.866~1.41 GHz和1.7~3 GHz。文献[13]设计了一种新型三分支整流电路，最大整流效率为61.7%。文献[14]设计了一种双频段带通LC实现双频化。文献[15]设计了一种新型三分支整流电路，最大整流效率为61.7%。因此，需要从多个窄频带做整流电路，而不是从整个宽频带。本文设计了一款能够覆盖3G、4G、Wi-Fi频段的宽频高增益天线，在天线的接地板通过开圆形槽的方式，增加天线带宽，另一方面，提高了天线在工作频段内的增益。该天线在1~14 GHz时S11＜-10 dB，在最大辐射方向增益可达6.26 dBi。天线在整个工作频段内特性稳定，在宽带范围内可进行能量收集。并且在性能最佳的2.4 GHz频带内在天线上做整流电路，设计了一款小型化高转换效率整流天线。