面向充电管理应用的射频能量收集天线与整流电路设计

作     者：左琳 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛亮;周彦安

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：无线充电技术 射频能量收集 整流天线 阻抗匹配 微电源 

摘      要：随着无线传感网络的广泛应用和对现代无线通信网络技术的深入研究,摆脱对原电池的依赖和有线充电的束缚,为无线传感器网络节点设备和智能移动终端等低功耗电子产品进行便捷稳定地充供电,成为发展能量受限网络亟待解决的关键问题。由于自由空间中的射频能量密度分布不均且整流天线的转换效率十分有限,同时将整流天线应用于低功耗电子产品中的可用空间有限,本文基于射频能量收集对整流天线和充供电应用电路进行了研究和紧凑设计,该紧凑型射频能量收集与充电系统电路可以同时采集自由空间中和部署射频发射器的射频能量,并存储到储能元件中。首先,本文设计一款应用于射频能量收集的三频段PIFA天线。基于PIFA天线结构,通过开槽实现了915MHz、GSM1800和2.4G WIFI通信频段的天线工作频率,经过对天线尺寸参数和馈电点位置进行微调,增加了其带宽并提高了天线增益,实现三频段射频能量收集,平均增益约4d Bi。通过仿真得到的模型数据进行天线加工,并在射频能量收集系统中进行测试,其能量接收性能较内置贴片天线得到优化。其次,设计基于915MHz、GSM1800和2.4G WIFI通信频段的三频段阻抗匹配的Greinacher整流电路。Greinacher整流电路在-10d Bm输入下分别获得56.8%、40.9%和34.1%的转换效率。在射频能量收集系统中对整流电路进行测试,本文设计的三频段整流天线可在距离射频发射器3m和4.5m处分别在10KΩ负载阻值上获得330m V和80mv的输出电压。最后,设计基于BQ25504电源管理芯片的充电电路并进行系统电路测试,实现对微直流电源能量的收集与管理,验证了无线射频能量收集与充电系统的可行性。