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无线携能通信(SWIPT)是一种能同时传输信号和能量的新型无线通信,即在与无线设备进行信息交互的同时,为无线设备提供能量。天线作为SWIPT能量收集系统的关键元件,其尺寸的小型化和高增益是主要的技术目标。传统的双频微带天线具有易加工、尺寸小、价格低廉等优点,但带宽较窄、增益低,针对这些缺点,本文利用添加缺口和零折射率超材料(ZIM)的方式对其进行了改善,主要工作如下:1、对SWIPT的研究背景进行了详细的介绍;阐述了ZIM的研究概况,包括基本概念和分类以及在天线中的应用;讲解了课题依据与研究意义。2、介绍了人工电磁超材料理论解释和基本性质;分析了零折射率超材料的实现原理及它的电磁特性;对天线的近场和远场参数进行了介绍。3、分析了微带天线的传输线模型,并将通用尺寸计算公式写成Matlab程序;介绍了超材料的反演参数法,验证了一种介电常数近零的ZIM;设计了相匹配的同轴微带天线,将它和介电常数近零的零折射超材料(ENZ)结合,仿真结果表明增益提升,验证了ZIM对于微带天线增益的提升是有帮助的。4、设计了一种带“凸”形缺口的双频微带天线。传统的双频微带天线其谐振频点位于2.45GHz和5GHz,尺寸为25.6mm×59.2mm,带宽分别为80MHz、290MHz;带“凸”形缺口的微带天线经大量仿真,最终表明尺寸减小为20mm×52mm,带宽在低频和高频分别增加了20MHz和210MHz。5、设计了一种“回”字形ZIM。其存在两个零折射率频段,分别为2.26~2.64GHz、4.71GHz~5.11GHz,涵盖了带“凸”形缺口双频天线的谐振频点。将ZIM结构以阵列的形式加载于天线,仿真结果表明增益有所增加,在2.45GHz和5GHz两处的增益分别为4.96dBi、5.83dBi。6、将带“凸”形缺口的微带天线和“回”字形ZIM阵列分别绘制CAD模型并做成实物。利用网络矢量分析仪和微波暗室分别测试天线的近场和远场参数,主要包括加载ZIM阵列前后天线的S11、加载超材料天线的二维方向图和增益。测试结果表明S11曲线的谐振频点有略微的偏移,增益相差不大,整体效果符合设计要求。