[發(fā)明專利]一種用于射頻能量收集的多頻段全向整流天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210014600.8
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114336030B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張琤;王宇超;張博涵
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/20;H01Q23/00;H02J50/27
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種用于射頻能量收集的多頻段全向整流天線，包括相互連接的天線單元和整流電路單元；其中，天線單元為全向天線；整流電路單元包括并聯(lián)的三路阻尼匹配電路，且各阻尼匹配電路接收射頻頻段不同；阻尼匹配電路包括依次連接的多頻帶阻抗匹配電路、二極管和帶通濾波器；三路阻尼匹配電路并聯(lián)后與負(fù)載串聯(lián)。本發(fā)明具有良好的全向性性能，能夠在較寬頻帶內(nèi)收集各個方向來的電磁波，可以收集環(huán)境中的多頻段射頻能量，將其轉(zhuǎn)化為直流能量用于供電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于射頻能量收集的多頻段全向整流天線。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中使用的低功耗電子設(shè)備越來越多。對于這些低功耗的電子設(shè)備來說，更換電池是一項耗時且昂貴的任務(wù)，而對廢舊電池的不當(dāng)處理會造成環(huán)境污染。因此，從周圍環(huán)境中收集能量來為低功率電子設(shè)備供電已經(jīng)引起了廣泛的興趣。與風(fēng)能、太陽能和動能收集相比，射頻能量收集為電子設(shè)備提供電能具有可植入和可持續(xù)收集的特點。此外，隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，周邊環(huán)境中的5G通信基站、Wi-Fi等射頻源的數(shù)量顯著增加，這意味著收集射頻能量給設(shè)備供電更加可行。

整流天線是微波能量采集的核心部件，其作用是將射頻功率轉(zhuǎn)換為輸出的直流功率。整流天線通常由整流電路和接收天線組成，而RF-DC轉(zhuǎn)換效率是評估整流天線性能的一個重要參數(shù)。空間射頻能量具有在不同頻段隨機(jī)分布的特點，如GSM1800、LTE、5G等。為了充分收集環(huán)境中多個頻段獲得更多的射頻能量，多頻段整流天線得到了廣泛的關(guān)注。隨著5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，周圍空間將會有越來越多的5G頻段的射頻能量。到目前為止，所有研究的整流天線都無法在GSM1800、LTE、Wi-Fi、5G頻段同時運(yùn)行。此外，射頻能量在空間位置上具有隨機(jī)分布，但目前研究的接收天線多為定向天線，無法在寬帶范圍從多個角度收集空間中的射頻能量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種用于射頻能量收集的多頻段全向整流天線，具有良好的全向性性能，能夠在較寬頻帶內(nèi)收集各個方向來的電磁波，可以收集環(huán)境中的多頻段射頻能量，將其轉(zhuǎn)化為直流能量用于供電。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于射頻能量收集的多頻段全向整流天線，包括相互連接的天線單元和整流電路單元；其中，天線單元為全向天線；整流電路單元包括并聯(lián)的三路阻抗匹配電路，且各阻抗匹配電路接收射頻頻段不同；阻抗匹配電路包括依次連接的多頻帶阻抗匹配電路、二極管和帶通濾波器；三路阻抗匹配電路并聯(lián)后與負(fù)載串聯(lián)。

天線單元包括上層金屬貼片、中間層介質(zhì)基板以及下層金屬貼片，上層金屬貼片和下層金屬貼片分別刻蝕在中間層介質(zhì)基板的上表面和下表面。

整流電路單元至少可接收6個頻段的射頻能量。

整流電路單元包括三路任意數(shù)量組合的三頻帶阻抗匹配電路和雙頻帶阻抗電路并聯(lián)形成。

整流電路單元可接收7個頻段的射頻能量，其中，三路阻抗匹配電路設(shè)置為上路和下路的雙頻帶阻抗匹配電路以及中路的三頻帶阻抗匹配電路。

上層金屬貼片包括由上至下分別設(shè)置的上層橢圓形金屬貼片、第一上層長方形金屬貼片和第二上層長方形金屬貼片，其中第二上層長方形金屬貼片作為饋線。

天線單元下方連接有SMA接頭，用于連接第二上層長方形金屬貼片和下層金屬貼片。

整流電路單元設(shè)置在介質(zhì)基板上。

中間層介質(zhì)基板和整流電路介質(zhì)基板型號相同，均為介電常數(shù)為2.2的?RT/duroid5880材料，損耗角正切為0.0009，厚度為0.787mm。

二極管為肖特基二極管SMS7630。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：