论文总字数：18708字

目 录

1 绪论 1

1.1研究意义与背景 1

1.2整流天线的研究现状 2

1.3论文结构与安排 3

2 整流天线相关理论 3

2.1 天线 3

2.1.1天线介绍 4

2.1.2 天线的基本参数 4

2.2 极化入射波 7

2.2.1 线性极化入射波 7

2.2.2圆极化入射波 8

2.3 整流电路 8

3 整流天线的设计与仿真 9

3.1 双极化天线的设计与仿真 9

3.2 整流电路的设计与仿真 13

4 实物测试 16

4.1 天线部分实物图 16

4.1.1 整流电路实物图 16

4.1.2 整流天线整体实物图 16

4.2 实物测量实况图 17

4.2.1 天线部分测量图 17

4.2.2 整流电路实物测量图 18

5 总结与展望 19

任意极化接收整流天线的设计与研究

肖昱

，China

Abstract

With the rapid development of wireless communication networks, the energy supply of wireless electronic components has become one of the most important goals of the research. Human survival pressure must continually access to natural resources, it is inevitable for the development of nature, however, such as natural gas, coal, oil is non-renewable resources, the human is not the rising demand and the non-renewable resources in short supply, the ecological environment is worsening, forcing the worst human must seriously how to reasonable use all kinds of potential energy of the problem. However, the potential of energy use is not so easy, our daily common natural clean energy such as light, wind and heat receiving module is often affected by the natural environment of and bondage, rectifying antenna can collect space of radio frequency energy to power the remote wireless provides an effective solution.

As is known to all, light weight, low cost of rectifying antenna in recent years has become an important development of military and commercial communication system object, there are many ways for rectifying antenna to receive electromagnetic energy, and adopts the linear polarization antenna to receive the wireless energy transmission is the research focus, however, linear polarization antenna needs strict alignment between transmitting and receiving antennas, can obtain the higher microwave to dc power conversion efficiency.

If one wants to get ideal or higher ac to dc conversion efficiency, it needs to consider the receiving antenna system structure, the material to be used, rectifier diode, the feedback voltage, polarization, and the matching problem, and other aspects. This study, is dedicated to the disadvantages of the antenna, to design a can receive an arbitrary polarized rectifying antenna, the radio waves in the direction of the research can be a good solution for position of inconvenience to receive radio waves for the inconvenience.

Keywords: RF energy; rectifier; dual polarized antenna。

1 绪论

1.1 研究意义与背景

这些年来，面对微波能量传输（Microwave power transmission,简称MPT），人们表现出愈发强烈的兴趣。微波能量传输的工作模式是发射器-接收器，整个传导以高频微波的形式输送能量，接收终端收到这种能量并将其转化成直流(DC)能量。基于此种工作模式，就可在空气中以无线形式传导能量。而启用MPT系统这个模式，有很多设备需要准备。其中，整流天线是最关键的那个设备。它的作用是收集RF能量，实现两种形式的能量的转换，即把RF转到DC。 在大多数MPT场景中，入射高频微波的极化方向是未知的或随时间改变的。 因此，为了尽可能地收获射频能量，具有极化分集能力的天线是MPT应用系统的首选。

微波能量传输技术突破了过去有线传输的局限性，创造了逐点能量的空间传输模式。

在上个世纪70年代，人类不断认识到自身慢慢膨胀的生存需求已经造成了深重的能源枯竭。自此，科学家们把研究方向投射到物理空间中的太阳光热能量上，并策划生成了太阳光热卫星规划以便探索和开拓新的可持续或者潜在的可利用能量，然而，将这种可再生能量良好而无损地从太空中转移到地面上来是一直很头疼的问题 。之后，研究者及科学家们便心生一计，设想应用微波技术来传输太阳能，太阳能以微波的形式传导到地面，从而解决了远距离传输造成的困难。随着微波技术不断的发展，微波技术不局限于用于太阳能发电，也逐渐运用于各个行业领域中，例如无人机的驱动、射频系统识别等这些有趣的军事方面，都是很有意义的体现。如果能为无人预警机和侦察机提供无线电源供给，让飞机在天空中长时间使用，便可在很大幅度上增加预警机和侦察机的隐蔽性。我们还惊喜地发现，军事上有一款非常新颖的小型间谍侦察飞机已经研制成功，比如机器蜜蜂、机器苍蝇等，我们可以看出微波传输应用中的新兴领域正在往微型飞行器发展，并正在翘首以待人类探索与开发。

远距离的能量传输往大的方面说可以给一个国家带来难以想象进步和飞越，从小的方面来说，它与人们的生活也息息相关。在中国，有很多地方属于喀斯特地貌，复杂的山体情况，恶劣的条件，架设输电设备使人心有余而立不足，这导致很多地方的人们过着与山那边截然不同的生活，没有电力没有网络。但是如果我们利用无线电力传输的这种方式来解决现有的问题，情况就会有所改变。首先，达到输电的目的，解决人民生活上的不便，给人们带来极大的便利。其次就是大大节约了因架设输电电线而耗费的人力物力财力。法国就有这样类似的事情发生，他们用无线能量传导的方式相当成功地给当地一个名叫留里旺小岛上的村庄提供了生活用电。除此之外，在极度恶劣的条件下，存在着人类无法到达的地方，我们可以利用基于无线能量传输技术设计的机器人，代替人类实时考察探索人类不能抵达的地方，实时向人类传送需要的信息，让这样的机器人为人类工作可以规避很多由于外界条件不利造成的不必要牺牲。

这是一个科技不断更迭不断创新的时代，电子产品更是类似于人类精神食粮的存在。毫无疑问，大部分的电子产品都有赖与有线输电，这一点确实限制了电子产品的实用程度。那么，没有不用无线传输技术来解决这一难点的道理，应用这一技术便可为移动终端提供无线形式输电。这样的策略通过使移动终端的充电方式便捷而提高了电子产品的实用率，我们也知道，每一块电池的寿命都是有限的，这项技术可以使电池容量大大减小，从而让电子产品更便于携带，这将给通讯信息界创造更大的发展空间，还有革命性的突破。总之，微波能量传输技术水平的提高对于造福人类的方方面面尤其是民生和军事方面有着重要的意义。

微波能量传输对于我们所处的这个科技世界的重要性是毋须质疑的，而这样一个情况使我们知道整流天线是微波传输这个系统研究中最不可或缺的一个环节，所以我们可以看出，整流天线的功效和性能好坏，间接地决定了整个MPT的功效和实用程度。因此，科学家们在研究微波输能系统时将视线转移到整流天线上来是不可豁免的。

1.2整流天线的研究现状

自从微波输能技术出现开始，研究者们基于对MPT的研究，整流天线也应景而生。就在20世纪20年代时期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了能运用在MPT系统中的八木天线。又在本世纪1960年，首先提出了整流天线这个概念的是一位叫Brown的科学家，他不仅提出了这个别人未能提出的概念，他还研究出了一个令人惊叹的天线，那就是世界上第一个可在2.45GHz使用的整流天线。时光飞逝，整流天线也在不断优化和进步。就在1977年，一款优质的整流天线被美国雷神公司Bl Binwn研究出来了，该天线由两个特殊的材料构成：铝质偶极子天线和肖特基热垒二极管。这个在当时前所未有的整流天线拥有超高甚至超过90%的转换率^[1]。

整流天线单元与传统天线在基本架构内容上倒是没有什么太大的区别，但有一个特殊的不同，这个不同就是结构不同，不同点在于前者的结构比后者更加复杂 。整流天线一共可分为五个模块：接收天线、一级滤波器、整流电路、二级滤波器和负载，一个完整的整流天线模块须由这几个部分同时构成。每一件事情都是由点到面，所以要完整的研究整流天线就必然从这五项着手，所以，整流天线也因侧重点不同而延伸出了很多种类。
整流天线的效率，换言之，就是将高频微波转换成DC的效率。天
线的接收功率为

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