无线能量收集系统通过将空间中分布的电磁能量转化为直流能量为低功率设备供电,是当前电磁场方向研究的热点。该系统的核心部件是整流天线,目前的研究方向集中于整流天线的小型化、多频化、宽频化以及提升系统的整流效率。本文对整流天线系统的组成部分做了详细的理论分析和仿真对比,围绕上述研究方向共设计了三款无线能量收集系统,主要工作如下:首先提出了一款工作在5.8GHz的小型化整流电路,重点分析整流二极管以及整流网络拓扑结构的选择。该整流电路由单阶倍压整流网络、微带单枝节短路匹配网络和1/4波长微带线滤波器构成,加工实物满足小型化要求。实物测量结果表明,在14d Bm～20d Bm的输入频率范围内电路整流效率都在40%以上。其次设计了一款工作在2.45GHz和5.8GHz的双频整流天线用来接收多频段的射频能量。接收天线采用微带双频单极子天线,由两个L形高低频单极子天线和微带馈线组成,实测天线在2.45GHz和5.8GHz处的阻抗带宽分别为8.2%和47.5%;双频整流电路由单阶倍压整流网络、扇形开路枝节低通滤波器和微带双枝节开路短截线匹配网络组成。仿真和实测结果表明电路与信号源在2.45GHz和5.8GHz双频点处可以实现良好的阻抗匹配,且在16d Bm～20d Bm的输入功率范围内,电路的整流效率都在40%以上,证明所设计的整流电路满足双频无线能量收集系统的设计要求。最后在前面设计的两款系统基础上进行改进,设计了一款基于功率回收网络的宽带圆极化整流天线,用来接收任意极化方向的电磁信号。接收天线采用双面交叉偶极子结构,通过增大偶极子天线输出端的宽度使得天线具有较大的阻抗带宽;为了实现天线的圆极化特性,通过四分之三圆环连接同一平面的偶极子天线产生相位差,同时为天线的每个偶极子臂增加一条矩形分支线来拓宽天线的轴比带宽。实物测试结果表明,所设计的宽带圆极化天线可以在2.18GHz～3.6 GHz的工作频率范围实现右旋圆极化。接着设计了一款工作在2.45GHz的整流电路,使用微带开路枝节谐波抑制网络作为低通滤波器,整流网络拓扑结构选用二极管并联式来增加电路输出电压。为拓宽整流电路的输入功率和工作频率,在接收天线和整流电路之间插入一种功率回收网络结构,通过对其工作原理进行拆分和公式推导完成该结构的设计。当整流电路由于输入功率和工作频率变化导致阻抗失配时,该结构能够对阻抗失配产生的反射能量进行再次利用,提高整流效率。仿真结果表明,基于功率回收网络的2.45GHz整流电路在输入功率为12.6d Bm～21d Bm、工作频率为2.10GHz～2.72GHz的范围内可以实现50%以上的整流效率。电路实测结果与仿真结果基本吻合,证明所设计的基于功率回收网络的整流电路可以在宽输入功率和工作频率范围内实现高效整流。