环境能量收集是指在不需要电池和电缆线的协助下,将能量从环境中直接获取并转换为电能的一种能量收集方式。与传统供电技术相比,该技术具有绿色无环境污染的特点,无需人工更换电池具有可持续性,逐渐得到社会的认可。在众多的环境能量收集技术中,环境射频能量收集技术因其具有覆盖范围广、传输距离长的优点而广受关注。该技术依靠天线、匹配电路、倍压整流电路,借助射频能量与电能之间的转换从而实现电能的无线收集和应用。射频能量收集系统所收集的射频信号具有频率高和功率低的特性,从而导致系统获取能量低、收集效率低以及输出电压低。据此,设计了一种低功率射频能量收集系统,主要内容包括超材料高增益天线设计、倍压整流系统设计以及匹配电路优化。首先,为解决系统获取能量低的问题,利用曲流技术和加载技术设计了一款微带天线,为提高天线的增益,设计了一种双G型超材料单元以适应0.915GHz信号频率,并将其加载到微带天线中,以该天线作为射频能量收集系统前端,从源头提高了系统的获取功率;其次,为解决系统收集效率低和输出电压低的问题,从倍压整流系统和匹配电路入手,分别对两部分电路进行设计和优化,先对传统倍压整流系统数学模型进行研究和分析,建立二极管倍压整流系统数学模型,并在此基础上运用穷举法平衡倍压整流电路升压效果和元件损耗,利用不同型号二极管搭建满足输出电压要求的低功耗倍压整流系统;此外,在提出的数学模型的基础上获得匹配电路参数计算模型,利用量子粒子群算法进行多目标寻优得到最优匹配参数,提高系统匹配性能;最后,分别运用仿真实验和实物实验对设计出的射频能量收集系统进行测试分析,验证设计天线和提出方法的可行性和有效性。本文分别对天线、倍压整流系统和匹配电路进行设计优化,设计了一套低功率射频能量收集系统。仿真实验表明所设计的天线满足高增益和全向性要求,并能提升系统的获取功率,同时也表明所提出的设计电路和优化参数能显著的提高系统中的输出功率和传输效率。实物实验结果表明本文设计系统可以在-5dBm的输入功率下输出2.74V电压,且电路转换效率可达39%。