因为我们在日常生活中越来越依赖需要电力来维持运行的移动电话、平板电脑、笔记本电脑和其他的电子便携式设备,所以当前世界正面临着大量与供电相关的能源挑战。基于这一原因,研究人员引入了能量收集的概念,作为一种可以从外部环境的不同资源（如热、太阳能、风、电磁射频（RF）波等）中获取能量的技术。因为在城市环境中存在着大量的射频信号,所以射频是一种在空间中非常丰富的现代可再生能源。通过采用射频能量收集技术,可以使设备从周围环境中提取能量,从而能够维持设备自身运行所需的电量。基于这一特性,射频能量收集被主要用于替代电池或延长电池工作时间,并可获得理论上无限的运行寿命。虽然射频能量具有上述吸引人的特性,但其也存在一定的缺陷。一方面是由于其具有较低的功率密度,因此会影响功率获取的数量。此外,随着射频源和射频收集器之间距离的增加,传播介质也会对接收到的射频信号功率产生负面影响,并且收发天线的实际增益系数也会影响射频能量发射和接收的能量密度。另一方面,由于基于二极管的整流器具有低正向压降和无需外部电源进行偏置的特性,故而在射频能量收集电路中最常被使用。但由于肖特基二极管的非线性特性,所以当施加在其上的输入功率电平或频率变化时,整流器会具有动态的输入阻抗,从而造成整流器与前端接收天线失配的问题,最终这种失配现象会严重降低射频到直流（RF-DC）的转换效率。因此,射频信号的低功率密度和整流器的动态输入阻抗是造成射频能量收集效率低下的主要原因。基于这些原因,相关文献研究已经指出,射频能量技术所能收集到的直流功率水平的范围通常是从微瓦到毫瓦数量级,而如何利用如此低的射频能量进行供电是相关技术实际应用的主要挑战。本文以提高射频能量收集的直流功率为研究重点。首先提出了一种能够预测整流电路输入阻抗的数学模型,然后采用先进的设计系统模拟器（ADS）进行系统仿真。根据数学模型和仿真结果,本文设计了新型的匹配网络,以解决在射频信号随输入功率电平或频率值变化的情况下,接收天线和整流器之间的失配问题。本文的主要研究内容如下:首先,因为肖特基二极管的非线性动态阻抗特性,所以不同的输入功率电平会导致肖特基二极管不同的输入阻抗,从而导致接收天线和整流器之间的失配,进而降低RF-DC的转换效率。针对这一问题,论文分别研究和设计了低输入功率电平和高输入功率电平电路,并对两个电路进行了合并,以实现收集宽输入功率范围能量的目的。其中,低输入功率范围的单级狄克逊电压倍增器电路采用HSMS-2852肖特基二极管设计,而高输入功率范围电路则采用HSMS-2862肖特基二极管设计。经理论分析和仿真验证,所提出的阻抗匹配整流器具有从-40 d Bm到+30 d Bm的宽输入功率范围内接收信号能量的特性,并且具有设计简单以及在900 MHz频段的高RF-DC转换效率的优点,从而可以提升采集的直流功率。其次,针对射频能量收集阵列虽然可以提升收集的直流功率,但匹配的单级电压倍增器电路获取直流功率仍旧较低的问题。在此基础上,设计了一种由两个子电路组成的优化电压倍增器电路,并且其具有设计简单、体积小和更高功率收集能力的特性。此外,因为所提出的优化电路具有更高的转换效率,因此可以提供比传统电路高出约三倍的直流功率,并且只需对该电路的阻抗匹配器件进行少量的调整,就可以使电路适用常见的工作频段。通过仿真分析,验证了所提优化电路分别在GSM-900、GSM-1800、UMTS-2.1和Wi-Fi 2.45频段均具有相比传统方法更好的直流功率收集能力。最后,因为在射频能量收集电路的输入频率变化时肖特基二极管的非线性会导致整流器动态输入阻抗出现变化,从而降低射频-直流转换效率,所以国际上尚缺乏能同时接收两个以上频段射频能量的理论和电路设计方法。基于这一现象,论文设计了一种具有高效射频-直流转换效率的阻抗匹配四频段整流器,从而可覆盖GSM-900、GSM-1800、UMTS-2.1和Wi-Fi 2.45这四个频段。通过提出的理论模型分析和仿真验证,在实际应用中可以首先得到该整流器在各个频段的动态输入阻抗。然后,利用史密斯圆图为每个频带设计一个简单的阻抗匹配网络。最后,采用两种方案将四个频段的电路合并成一个四频段电路,以同时获取四个频段的辐射功率。第一种方案仅使用一个接收天线来接收四个合并通道的功率。此时为了克服一个通道工作而其余通道关闭的问题,在接收天线后插入了四个椭圆形带通滤波器。而第二种方案则提出了一种具有四个接收天线的四频段电压倍增电路的方法,其可以在肖特基二极管非线性条件的负面影响下,在入射的四个频段均获得具有高效RF-DC转换效率的电路。此时为了确保四个通道均处于激活状态,第二种方案设计了将四个通道与负载电阻并联的方法,通过在每个通道的输出和负载电阻之间添加一个电阻器的方式,实现了同时收集四路射频电路输出直流功率的目的。仿真分析表明,优化后的电路具有比传统单频和双频段电路更显著的直流功率收集能力。