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随着无线传感网络的快速发展,关于传感器节点的供电问题受到越来越多的关注,收集环境中的能量来提供电能是一个很有前景的解决方案。相比于传统的太阳能和压电等能量形式,无线射频能量不受天气和时间因素的限制,能够提供稳定的能量来源,它也是一种非常清洁的绿色能源。无线通信网络的快速发展和手机通讯基站等无线电发射设备也给射频能量收集技术提供了丰富的电磁波能量。特别是无线传感网中以射频识别(RFID)为代表的技术得到了快速发展,使得射频能量收集技术有了更为广阔的应用空间。本文针对蜂窝网络发射的无线射频能量收集的关键技术开展研究,对其中的天线和整流电路进行了理论分析、软件模拟仿真设计和硬件实现,构建了能量收集效果试验测试系统进行收集效能评估测试,得到了研究结果。本文的主要内容及贡献包括:1.研究天线理论,针对典型工作环境中的人工无线系统的频段,进行能量收集系统的天线设计和实现,设计了三种、四个频段的天线,其中一种是双频天线。针对于4G通信频段,设计出一款工作于2.1GHz的新型共面波导天线,利用微波暗室对天线的回波损耗以及方向图进行测量,测量结果表明天线的谐振频率为2.11GHz,回波损耗为-22.58dB,-10dB带宽为340MHz,结果符合设计要求。针对蜂窝网络通信的频段,设计了一款工作于900MHz以及1.9GHz的新型双频段平面单极天线,实测结果表明天线的两个谐振频率点分别为900MHz和1.93GHz,回波损耗值分别为-23.8dB和-20.4dB。在900MHz频点处的-10dB带宽约为100MHz,1.9GHz处的带宽约为260MHz。对于2.4GHz WiFi频段,设计出一款4个单元组成的微带阵列天线,并得到仿真结果。2.在整流电路的优化设计和实现中,理论分析部分对射频能量收集中的整流电路做了详细的建模分析,推导二极管组成的电压倍增电路的直流特性方程,建立了等效输入阻抗的计算模型,对两种不同类型的阻抗匹配模型也进行了分析。利用ADS仿真软件设计整流电路以及升压电路,整流电路的谐振频率为2.1GHz。制作出一个9阶维拉德倍增电路,测量结果显示输入功率为20dBm的时候,电路的空载电压输出为25.8V,接入一个33kΩ}9阶电路负载电压为17V。利用Linear Technology公司的LTC3459芯片作为稳压装置。3.最后对两幅天线三个频段的收集效果进行整体测试,在实验室环境下,收集装置距离能量源0.5m的距离,G形天线工作在900MHz频段上的收集效果最为理想,取得了10V以上的直流空载电压输出,接入33kΩ的负载后负载电压为7.7V。G形天线和电路的能量收集系统收集效率达到了64%。G形天线在1.9GHz频段上取得的最大负载电压为3.8V,系统转换效率为34.4%。Z形天线接入整流升压电路后在距离能量0.5m处的最大直流负载电压输出为4.99V,系统转换效率为30%。