新型射频能量收集系统设计与分析

随着无线传感器网络等电子微系统的发展,作为能量源的电池满足不了长久供电的需求.利用周围环境中的射频能量为自身提供电能已经越来越受到科研工作者的关注.针对目前常用射频能量收集系统转换效率较低的不足,提出了一种由超宽带天线、匹配网络、整流升压电路等组成的新型能量收集系统.利用HFSS软件对超宽带天线进行仿真优化,使得该天线在宽频带下具有较好的特性;通过整流升压电路在不同负载下的整流效率分析,确定了整流器转换效率较高的负载取值范围.新型射频能量收集系统的效率为13.5%,比常用的其他射频能量收集系统的效率提高了将近6%.     

适用于射频能量收集系统的新型宽带整流电路设计

提出了一种适用于射频能量收集(RFEH)系统的宽带小型化整流电路.整流二极管采用HSMS 2862肖特基二极管,设计了倍压结构的整流电路.所设计的整流电路具有结构紧凑和复杂度低的优势.通过仿真与测试对整流电路的性能进行验证.结果表明:当输入功率为14.8 dBm时,该整流电路在1.91～3.32 GHz(分数带宽为53...     

一种小型化高效微波整流天线的设计

目的为远距离设备供电以及低功率电子设备的能量补给等诸多领域设计一种工作于2.45GHz的小型化高效微波整流天线。方法将整流天线设计的基本原理和三维电磁仿真软件结合,重点仿真设计加入缺陷地结构的微带贴片天线和椭圆函数型输入低通滤波器,从而提高整流天线的整体性能。结果完成了该设计,并达到了既定的设计要求。结论由于采用了性能更优良的椭圆函数型低通滤波器,新设计的整流天线系统有效提高了微波能量转换效率,与此同时降低了整流天线的整体尺寸。     

一种小型化的高效率微波整流电路分析与设计

提出一种新颖的微带线结构微波整流电路.用ADS 2006A软件进行分析和设计,整流电路在5.80 GHz工作频率,负载为320 Ω时,微波 直流转换效率达到81.4%,转换效率75%以上的频带带宽为300 MHz.实验结果表明,负载为298 Ω时测得最高电压为4.57 V,转换效率达到68.5%.该整流电路具有小型化、高转换效率、易集成的特点,可应用到射频识别（radio frequency identification,RFID）系统和无线传感器的能量供给中.     

一种新型高效能量收集三频整流天线

提出了一种应用于能量收集的新型三频微带整流天线,该接收天线为一种新型高增益三频贴片天线.首先,在贴片两侧刻蚀U字形槽,延长表面电流路径,使天线谐振频点向低频偏移,从而使天线小型化;其次,在矩形贴片刻蚀H型槽和倒U型槽,改变天线上的电流分布来产生2个新的谐振点;最后,合理调节H型槽和倒U型槽的长度,灵活改变天线的谐振频率.整流电路由阻抗匹配网络、整流二极管、直通滤波器和负载组成.Π型和T型二级阻抗匹配网络,用于接收天线和整流二极管输入阻抗的匹配;四分之一波长微带线和滤波电容组成的直通滤波器,用于抑制二极管非线性产生的高次谐波,以避免能量的损失.将接收天线和整流电路集成为整流天线,实验结果表明,在接收功率为3 dBm左右时,整流天线在3个频点2.06、3.43和5.25 GHz处的最大整流效率为54.1%、43.9%和39.9%,可用于物联网中的低功耗电子设备供电.     

一种带有最大能量跟踪的宽动态范围射频能量收集电路的设计

本文提出了一种带有最大能量跟踪的射频能量收集电路.该电路通过加入级数来控制环路自动检测不同级数整流器的输出功率,并比较这些输出功率来选择最佳级数,以求在不同输入功率下均能够保持较高的能量转换效率.因此,能量收集电路在保持高灵敏度的同时,可以提高最高能量转换效率,扩展高效率动态范围.基于该设计方法,一个用于特高频频段的带有级数控制回路的3～5级整流器电路在SMIC 55nm工艺下得以仿真、实现.测试结果表明:在915MHz的工作频率下,所设计的射频能量收集电路的最高能量转换效率可以达到61.4%.与此同时,在19dB的输入功率范围内,能量转换效率均能够保持在最高能量转换效率的50%以上,有效扩展了高效率动态范围.此外,该电路在加入控制环路后,仍然有较高的灵敏度,可以在-16.3dBm的输入功率下,驱动一个纯电容负载,获得2V的输出电压.     

采用阶跃阻抗谐振器的小型化双频天线

提出一种采用阶跃阻抗谐振器(SIR)设计双频天线的方法.通过建立天线的传输线模型,得到了双频天线的工作频率与传输线特性的关系式.然后,利用该方法设计了一个2.4/5.2 GHz的小型化双频天线,其结构尺寸由工作频率直接综合得到.同时用电磁全波仿真,优化了天线的馈电位置.所实现的天线尺寸为29.3 mm×7.7 mm,相当于0.5λ×0.125λ.仿真和测试结果表明,采用阶跃阻抗谐振器设计双频天线的方法是可行且有效的.     

一种新型小型化双频平面倒F天线

介绍了PIFA天线结构,探讨了几何尺寸对天线性能的影响,提出了一种新型的平面倒F天线结构,并结合时域有限差分方法对新型天线特性进行了仿真分析。     

整流天线组阵等效模型分析与实验

将整流天线单元等效为一个直流源和负载的串联,以此提出了整流天线串/并联组阵等效模型,得到了整流天线的组阵形式及最佳负载与阵元个数之间的关系.利用所设计的低功率密度应用整流天线单元,通过ADS软件仿真了二元并联阵,并通过实验测试了二元串联阵与二元并联阵.结果显示,并联阵的仿真与实验结果及串联阵的实验结果均与组阵模型基本吻合,从而验证了整流天线组阵模型的有效性.提出了多元组阵的可行性方案,为大规模阵列设计提供指导.     

一种用于微波无线能量传输的S波段圆极化整流天线设计

在针对移动目标的微波输能(wireless power transmission,WPT)系统中,适应移动目标方位变化是急需解决的问题.圆极化微波整流天线可以减小或避免极化失配对微波输能效率的影响.本文提出了一款新型共面带线(coplanar stripline,CPS)结构的高效微波整流电路,与一对金属交叉偶极子直接...     

基于能量获取的蜂窝物联网中距离感知的成簇策略

针对无线能量传递过程中的“双重远近效应”问题,提出一种距离感知的成簇策略。由于传统无线能量传递方案没有考虑距离对网络性能的影响,也缺乏对高能效能量获取方法的挖掘和利用,通过对稳定能量获取来源的物联网进行分析,联合考虑能量与通信的协作,提出一种距离感知的成簇策略来平衡物联网节点获取和消耗能量的不均衡。策略根据簇首选择机制节点被划分为簇首节点和簇成员节点2类,簇首直接与基站通信,成员则将业务发送给所在簇的簇首,然后由簇首转发给基站。研究结果表明,在给定电网总能耗的约束条件下,基于距离感知的成簇策略能提高4倍以上的系统能效,降低至少50%的通信中断,进一步提高了网络覆盖效率,“双重远近效应”问题得到有效解决。     

摩擦发电机在微弱能量收集中的应用

新型的摩擦发电机是基于摩擦起电效应和静电感应相互耦合的能量转换设备,是一种可持续的、稳定的、绿色的能源供给方式。当摩擦发电机应用于各种微弱环境能量的收集时,其器件结构需要精心地设计,以满足灵敏度和效率的要求。概述了多种适用于微弱能量条件的摩擦发电机设计,分析了其工作原理与应用场景,展望了该技术未来在人体健康监测与医疗设备的发展、可持续电子系统的建立以及安全预警设备的完善等方面应用的前景。     

基于射频能量收集的异构网络资源分配策略

针对异构网络中微微基站出现过多用户的情况,研究最大化上行总吞吐量的资源分配问题。通过部署一个具有能量收集功能的中继节点,将微微基站部分用户转移到相邻的空闲微微基站。中继节点具有能量收集功能,可以从专用射频源和环境射频源收集能量。将资源分配问题建模为最优化问题,以最大化微微基站用户的上行总吞吐量为目标,同时满足用户最小数据速率、中继节点能量消耗和发射功率的约束条件。通过引入增广拉格朗日乘子法,获得最优解。仿真结果表明,与传统的将部分微微基站用户转移到宏基站的方法相比,提出的方法具有较大的吞吐量提升。此外,与同样采用中继节点进行辅助通信的等功率方法相比,提出的方法在吞吐量方面有一定程度的增加。     

ISM和UNNI双频印制天线设计

为了满足小型化、多频带的要求,该文基于ISM2．4GHz频带内具有最好的带宽特性的Bh天线,采用L型槽加载技术设计了一款用于ISM和UNNI频段的双频天线．首先采用传输线理论方法,对Bh天线的主要参数进行了分析和研究;然后对L型槽加载进行了原理性的说明．为了验证天线的性能,采用AnsoftHFSS软件对天线进行仿真,仿真结果表明,天线辐射性能达到了预期要求,与同类天线相比,在效率、辐射增益方面有更好的性能,而且,更加紧凑的天线尺寸使得该型天线应用前景更广．     

向环境采集能量的WSN中的自适应周期机会路由算法

如何让可以采集能量的节点充分利用环境能量,从而提高整个网络持续高效工作的能力是在能量采集无线传感网中的关键问题。目前的研究主要集中在如何均衡分配可进行能量采集的节点的能量,从而在提高节点寿命的基础上,实现网络寿命延长,但是仍然存在环境能量变化的不确定性导致的风险。笔者提出了自适应周期机会路由算法,首先对节点进行地理分区,再分配优先级,最后进行优化后路由处理。仿真结果表明,该算法能实现对环境能量更加高效的利用,并能有效提升网络的吞吐量和网络效率。     

一种双频微带天线的分析与设计

对平行双缝微带天线进行了理论分析,设计了一种平行双缝的双频微带天线,并利用仿真软件HFSS 10.0对天线的特性进行了仿真验证。结果表明,在天线驻波比VSWR≤2.0时,该天线工作的频段分别为1.77～2.17 GHz和2.71～2.94 GHz,且天线的相对带宽分别达到20.31%和8.12%,天线的整体辐射性能良好,且结构简单易于实现。所设计的天线可以作为双频宽带天线,用于无线通信系统中     

蛇形波浪能采集系统的仿真分析

设计出一种蛇形波浪能采集系统。系统由圆柱浮筒连接构成,浮筒中交替放置永磁体和软磁体。浮筒随着波浪上下浮动,引起缠绕在软磁体上线圈中磁通量的改变,感应出电能。文章针对黄海海域建立出海浪数学模型,据此设计结构参数。应用Ansys对系统仿真计算,单个浮筒的平均功率约2.36Kw,能量采集效率约18.9%。     

具有QoS保证的RF能量采集认知无线网络高能效资源分配技术

考虑了一种基于射频能量采集的认知无线网络系统。其中,次用户发射机（ST,secondary transmitter）首先从主用户（PU,primary user）发射的射频信号中收集能量,然后利用所收集能量与次用户通信。此外,ST保留有可能来自之前传输块的剩余能量作为初始能量。目标是通过传输时间和发射功率联合优化,达到次用户网络能量效率最大化。为保证次用户网络服务质量（QoS,quality of service）,在能量效率最大化过程中对ST施加最小吞吐量需求约束。由于能量效率最大化是非线性分数规划问题,提出了一种基于Dinkelbach方法的快速迭代算法来实现资源的最优分配。仿真结果表明,该算法收敛速度快,可以在保证QoS约束的同时显著提高系统的能量效率。