發(fā)布時(shí)間：2017-11-14 00:29

  本文關(guān)鍵詞：低功率微波整流技術(shù)研究與應(yīng)用

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【摘要】：微波整流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸與獲取的關(guān)鍵技術(shù),該技術(shù)通常采用半導(dǎo)體二極管將天線(xiàn)接收到的微波頻段的能量轉(zhuǎn)換為直流供電電壓,適合用于對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器、有源射頻識(shí)別(RFID,Radio Frequency Identification)標(biāo)簽等低功耗電子設(shè)備無(wú)線(xiàn)供電,使這些設(shè)備得以擺脫電池壽命的限制。在實(shí)際應(yīng)用中,微波能量的接收和轉(zhuǎn)換由整流天線(xiàn)完成。整流天線(xiàn)通常包括接收天線(xiàn)和整流電路兩個(gè)部分。本文主要研究低功率條件下微波整流電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),包括在極低輸入功率下提高整流效率、減小電路尺寸、實(shí)現(xiàn)雙頻段整流的方法。在此基礎(chǔ)上針對(duì)有源電子標(biāo)簽及傳感器節(jié)點(diǎn)低功耗喚醒模塊的需求,設(shè)計(jì)了一種基于微波整流的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)控制方法,用于實(shí)現(xiàn)極低功耗喚醒模塊的無(wú)線(xiàn)控制。具體而言,本文工作的主要內(nèi)容和成果包括:(1)對(duì)整流二極管的非線(xiàn)性特性進(jìn)行了理論分析,然后針對(duì)低功率無(wú)線(xiàn)傳感器等設(shè)備的供電需求,設(shè)計(jì)了一款工作頻率在900MHz的電壓倍增整流電路,并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)物加工與測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明在輸入-20d Bm功率下實(shí)現(xiàn)了20.5%的整流效率。(2)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種串聯(lián)二極管結(jié)構(gòu)的雙頻整流電路,該整流電路在UMTS頻段和WIFI兩個(gè)頻段的中心頻點(diǎn)即2.16GHz和2.45GHz均表現(xiàn)出良好的工作特性,在-15d Bm輸入功率下分別實(shí)現(xiàn)了31.7%和27.4%的整流效率。(3)將微波整流應(yīng)用于有源電子標(biāo)簽及無(wú)線(xiàn)傳感器的低功耗喚醒,提出了一種基于低功率微波整流的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)控制方法。為此,設(shè)計(jì)了一款具有全向輻射特性的環(huán)形電小天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)喚醒信號(hào)的接收天線(xiàn);以實(shí)現(xiàn)最大直流輸出電壓為目標(biāo),優(yōu)化設(shè)計(jì)了單天線(xiàn)單路和雙天線(xiàn)陣列兩種整流方案,仿真并實(shí)測(cè)對(duì)比了兩者的性能。結(jié)果表明,采用雙單元的整流陣列設(shè)計(jì),每一路天線(xiàn)接收到-18d Bm的射頻功率時(shí),直流輸出可以達(dá)到典型的CMOS開(kāi)關(guān)控制所需的最低電平,從而驗(yàn)證了采用低功率微波整流實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)控制的可行性。(4)為進(jìn)一步提高低功率輸入條件下的微波整流效率,研究了陣列形式的多路整流結(jié)構(gòu)及其性能。采用該結(jié)構(gòu),在每個(gè)天線(xiàn)后面配備單獨(dú)的整流電路,多路直流輸出串聯(lián)合并相加得到總的直流輸出功率。測(cè)試和仿真表明,采用陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的整流效率均高于單路整流的轉(zhuǎn)換效率。實(shí)測(cè)得到的結(jié)果,單路整流在輸入功率-20d Bm時(shí)達(dá)到20.5%的轉(zhuǎn)換效率,采用陣列結(jié)構(gòu)則可實(shí)現(xiàn)22.5%的轉(zhuǎn)換效率。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN015

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1183101