[發明專利]基于諧振結構的阻抗匹配可調的寬帶整流天線

有效

• 申請號: 202010124730.8
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111342243B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 盧萍;黃卡瑪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q1/50;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q9/30
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發明提供一種基于諧振結構的匹配可調的寬帶整流天線，包括接收天線和基于諧振結構可調枝節的整流電路；整流電路沿能量流動方向依次是前置電容、整流拓撲結構、匹配電路、輸出濾波器和負載；諧振結構和匹配枝節串聯后插入到前置電容和整流拓撲結構之間；通過諧振結構不同頻率下的阻抗變化，調節匹配枝節的阻抗，從而調節整流電路在整個寬帶內每個頻率下的的阻抗，包括整流電路阻抗的實部和虛部。本發明采用電感電容串并聯諧振結構，隨頻率變化模擬可調開關器件的閉合或斷開狀態以及變容可調二極管的阻抗可調特性，將匹配枝節轉化為可調的匹配枝節，使整流電路隨著頻率變化而改變阻抗，自適應地實現與接收天線良好的阻抗共軛匹配。

技術領域

本發明涉及整流天線領域，特別是指基于諧振結構的阻抗匹配可調的寬帶整流天線。

背景技術

微波輸能，是指能量以微波的方式(射頻能量)通過自由空間傳輸到接收端，并將接收到的射頻能量轉換為直流能量。其中，整流天線是微波輸能系統中重要的組成部分之一，它由接收天線和整流電路構成，將通過接收天線接收空間中的射頻來波，并由后端的整流電路將其整流轉換為直流能量。隨著通信技術的發展，有許多射頻發射裝置，比如：信號塔、電視廣播發射塔以及手機基站等，每時每刻都會發射各種頻率的射頻信號。比如，0.9GHz(LTE或GSM頻段)，1.8GHz(GSM頻段)和2.45GHz(WLAN頻段)等。若能將自由空間中的這些頻率信號能量接收下來，再轉換為移動設備供能，對實現我國綠色低碳的能源戰略具有重要意義。

目前，為了接收自由空間中各種頻率的射頻能量，許多寬頻段(多頻段)整流天線已經出現，采用各種寬帶匹配技術，使接收天線與整流電路實現阻抗匹配。H.Sun,Y.-x.Guo和M.He等人在文獻“A Dual-Band Rectenna Using Broadband Yagi Antenna Array forAmbient RF Power Harvesting”中提出的用寬帶八木天線陣列和整流電路。該寬帶八木整流天線可以在1.8-2.2GHz頻段內實現50％的最高整流效率工作。為了實現寬帶工作，整流天線具有兩個匹配枝節，分別在1.84和2.14GHz下都能實現良好匹配。若需要在整個寬頻段內都實現良好匹配，則需要整流天線有多個匹配支路，這樣會造成整流天線尺寸龐大。C.Song等人在文獻“A high efficiency broadband rectenna for ambient wirelessenergy harvesting，”中提出的寬帶整流天線由寬帶交叉偶極子天線和雙支路整流電路。為了實現寬頻段高效率整流，采用兩個匹配枝節對倍壓整流拓撲結構進行寬帶阻抗匹配，從而提高整個整流電路在寬帶中的整流轉換效率及輸出直流電壓。但其也需要多個匹配枝節在不同頻段下實現高效率地整流工作，造成尺寸龐大。為了小型化，P.LU等人在文獻“Polarization Reconfigurable Broadband Rectenna With Tunable Matching Networkfor Microwave Power Transmission”中提出的多極化寬帶整流天線，采用可重構技術，在5.1-6GHz實現線極化、雙圓極化的整流工作。通過控制可調器件的狀態，接收天線可實現多極化工作。同時，根據接收天線的不同模式，整流電路通過變容二極管調節自身的阻抗，實現電路與天線在不同模式下的良好匹配。但是，由于可調器件會引入損耗，導致整流天線的整流轉換效率低。為了在寬帶內實現高效率地整流轉換效率，C.Song,Y.Huang等人在文獻“Matching network elimination in Broadband Rectennas for High-EfficiencyWireless Power Transfer and Energy Harvesting,”中提出了一個高整流轉換效率的寬帶整流天線，它由非中心對稱的偶極子天線和一普通的整流天線構成。由于偶極子天線的非中心對稱結構，使接收天線在整個寬頻段內輸出阻抗很大，減少了整流電路與天線阻抗不匹配的影響，從而提高整流天線的效率。但是，這樣增加了接收天線的設計難度，且整流電路與天線之間仍然未達到良好匹配，只是兩者的不匹配對于天線的高輸出阻抗影響不大。

發明內容