【摘 要】
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5G时代的到来给物联网技术的发展带来了巨大机遇与挑战,移动设备的供电问题成为限制其发展的主要瓶颈。相较于电磁谐振式的方式,微波传能因其具有传输距离远等优势,成为了一种给这些小功率移动设备的主要供电方式。整流天线作为微波无线传能系统最关键的组成部分,研究一款高效率整流天线对整个系统起到至关重要的作用。针对当前5G对于MIMO天线技术的需求,同时考虑到多极化天线可以捕获空间中多种极化的电磁波,有助于提
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5G时代的到来给物联网技术的发展带来了巨大机遇与挑战,移动设备的供电问题成为限制其发展的主要瓶颈。相较于电磁谐振式的方式,微波传能因其具有传输距离远等优势,成为了一种给这些小功率移动设备的主要供电方式。整流天线作为微波无线传能系统最关键的组成部分,研究一款高效率整流天线对整个系统起到至关重要的作用。针对当前5G对于MIMO天线技术的需求,同时考虑到多极化天线可以捕获空间中多种极化的电磁波,有助于提高整流天线的输入功率上限,本文主要围绕双极化整流天线展开研究。天线设计在双极化接收天线、整流电路以及接收天线阵列均有所创新改进,主要研究内容如下:首先研究设计了一款双频双极化整流天线,双极化接收天线与双频整流电路主要工作在2.45 GHz与5.8 GHz频段。接收天线采用共面波导（CPW）与微带两种馈电方式,可以将接收天线端口隔离度在两个工作频段均提高到20 d B以上,同时交叉极化低于-15d B。整流电路匹配电路部分采用?形结构,使整流电路在两个频段内与双极化接收天线匹配。经仿真与实物加工测试,接收天线在两个工作频段内均可实现良好匹配,具有290MHz（2.39-2.68 GHz）、920 MHz（5.16-6.08 GHz）相对带宽。经测试,当输入功率16 d Bm与负载300Ω时,整流效率最高可达到67.7%（2.45 GHz）与57.03%（5.8 GHz）。研究设计了基于同轴馈电的十二边形双极化整流天线单元,天线工作于2.45 GHz,为了更好地接收无线能量传输过程中的微波射频能量,在完成整流天线单元设计的基础上又完成了2×2阵列设计。主要利用一分四功分器将接收天线四个单元分别接收到的功率合成。最终经实物加工测试,整流天线阵列当输入功率为10 d Bm、负载800Ω时,最佳整流效率可达到69.1%。设计了缝隙耦合式馈电的2×2双极化整流天线阵列,工作频段为2.45 GHz。该整流天线阵列采用了缝隙耦合馈电的方式,将馈电部分集成在了多层介质基板的最底层,结构更加精简。接收天线阵列具有三个端口,垂直极化端口与水平极化端口可分别获得16%与20.3%的相对带宽。另外,当输入功率Pin=10 d Bm,负载RL=1000Ω时该整流天线阵列可实现最大整流效率63.02%。
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