5.8GHz谐波抑制整流天线的研究和设计

摘要

随着科学技术和电子工艺的飞速发展，电子设备的小型化和无线连接已经成为时下的主流。现代的小型化电子设备，因其广泛的应用领域，人们已经不仅仅满足于无线通信，更是开始关注起了无线输能领域，以达到彻底的“无线”。 无线输能技术最早被提出是用于太阳能的利用以解决地球上日益短缺的能源问题的，后来，随着无线输能技术的发展，科学家们开始关注无线输能技术在小型化设备上的可行性，以实现真正意义上的的移动设备。同时，无线输能技术因其能量传递无需电缆，因此在复杂环境下线缆无法到达的领域有着非常好的发展前景。 无线输能系统包括发射端和接收端，常用频段为2.45 GHz，5.8 GHz频段因其设计尺寸较小且有着不输于2.45 GHz频段的整流效率，已在近年引起广泛的关注。本文着眼于接收端的整流效率问题，设计了一款工作在 5.8 GHz的具有谐波抑制功能的接收天线及配套的整流电路。 本文首先结合了SIR结构在贴片天线中的应用，设计了一款工作在5.8 GHz的具有谐波抑制功能的接收天线。该天线在谐振点S11为-32.36 dB，带宽仅为120 MHz，在二次谐波处S11仅为-2.5 dB，有效抑制了整流电路中由整流电路产生的二次谐波，很好地实现了5.8 GHz下传统整流系统中接收天线和低通滤波器部分性能的合并，从消除天线到滤波器、滤波器自身的损耗和提升天线自身效率两部分出发，提高了整流效率。 后续重点分析了 HSMS-282x 和 HSMS-286x的性能参数和适用范围。选取HSMS-286C设计了二倍压的整流电路并对其负载和电容进行调试优化，后采取了两种匹配方式进行阻抗匹配，对比分析两种阻抗匹配后的整流效率，最终得到该电路在输入功率为12.5 dBm左右，二极管转换效率为79.3%，电路整流效率为78.8%。且此时负载可以获得约3.76 V的直流输出能量。该能量能够满足小型电子设备的供电需求。对比目前2.45 GHz频段的单二极管半波整流电路，本次设计在整流效率上有所提高。 本次设计的整流天线具有结构简单、尺寸小、易共形、成本低、效率高等特点，在小型化设备的无线输能技术方面具有一定的参考价值。同时该天线适合组阵，为整流天线阵列研究的单元选取提供了新的思路。

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