射频/微波能量收集系统的整流电路研究进展

射频/微波能量收集系统以可持续、环保等优点在无线传感器网络、可穿戴设备等领域具有广泛应用前景。对近年来射频/微波能量收集系统的整流电路的研究进展进行了概述。分析并讨论了整流电路的技术指标和电路结构,分别从器件研究和电路设计两个方面对整流电路的研究进展进行分析、归纳。从原理、性能提升等方面分析具有低的零偏压电阻值的自旋二极管应用于微瓦量级信号整流电路的潜力;从微弱信号整流、宽输入功率范围信号整流、高功率转换效率整流、阻抗去敏感化4个方面分析了整流电路设计的关键问题,归纳出有效的解决途径并对整流电路的发展趋势进行了展望。

用于射频能量收集的整流天线设计

设计了一款具有陷波功能的天线,用来提高射频能量收集系统的能量采集效率。由于射频能量收集系统后端整流电路中二极管具有非线性效应,在整流过程中会产生高次谐波。产生的高次谐波会反向传输至天线并向外辐射,从而造成能量损耗,降低整个射频能量收集系统的效率。为了抑制高次谐波,通常可在整流二极管前加载带通滤波器。但滤波器的使用会增加系统尺寸并引入额外插损。针对此问题,将该谐波抑制天线与设计的2.45 GHz整流电路相连接,可制成具有谐波抑制的整流天线。对该谐波抑制整流天线进行实测,并与另一无谐波抑制的整流天线进行了对比。实测结果表明:具有谐波抑制功能的整流天线比无谐波抑制的效率高4.1%。由此可知,在射频能量收集系统的应用中,具有谐波抑制功能的陷波天线作为接收天线,可提高系统能量收集效率;同时,由于在整流电路中免去了滤波器,可实现整个能量收集系统的小型化。