用于能量收集装置的宽带天线设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近几十年来，随着无线电通信技术的发展，射频能量正从世界各个角落的数十亿的无线电发射器中发射出来，这些发射器包括移动电话、移动电话基站、电视电台信号发射站等。射频能量的频率分布广阔，其中有很大一部分是可以被收集的，因此，利用射频能量来为一些低功率电路供电已经成为一种趋势。

利用这些能量为设备供电能够降低设备对电池的需求，同时可以使带有电池的设备充电用以延长使用时间。无电池的设备可以设计成一种得到能量就能运行或者是存储足够电量就能运行的结构。这一技术的优点在于其利用基站、手机等发射器产生的“免费”能量，射频能量发射器将会随着用户的增加而增加，特别是宽带移动用户的增加。移动电话作为射频能量的发射源主体，将有可能为各种近距离传感器应用提供能量。在一些城市中，人们已经可以从一个位置检测出很多wifi发射器发射出来的射频信号了。在近距离情况下，比如室内无线局域网络，人们可以很容易的从一个路由器获取100mw的功率。当然，对于远距离的射频能量信号，则需要使用拥有更宽频带的装置去收集。

在20世纪90年代后期，射频能量发射设备的增加和低功耗消费类电子产品的使用为射频能量收集的研究提供了基础。在前期的工作中，hagery等人提出了一种宽带整流天线阵列，试图收集频率范围在2-18ghz 的射频能量。powercast公司在2005年做过一个试验：在1.5英里外，用了一个小功率（5kw am）的无线电发射站作为基站来获取射频能量。然而，这些系统并未发展到实际应用。

2. 研究的基本内容与方案

由于无线通信网络的迅速发展,无线器件的能量补给问题已成为人们研究的重要课题之一。作用于多频段的整流天线能够高效地从周围环境中接收微波能量,并且直接进行能量形式的转换,配合再充电技术,为无线器件提供能量。因此无线能量收集系统不仅要求天线小型化、结构简单、成本低而且要求天线能覆盖多个频段范围。本课题针对这一需求，设计一款用于无线能量收集装置的宽带天线。

通过分析以及查阅文献，产生宽带性能的特征有：（1）突出角度而不是长度；（2）自补结构；（3）粗导体。理想情况下，非频变天线具有以上三个特征，在实际中发现成功的宽带设计是突出这些特征的，但在许多情况下不需要严格坚持所有的这些特征。通常这样做的损失是阻抗将随频率变化，但这在很多应用中并不是个严重的问题。

本次课题拟采用隙缝天线或者螺旋天线作为无线能量收集装置的整流天线，螺旋天线通常构筑成严格或者接近自补的结构，这可以得到特别宽的频带，有利于利用空间中分布较散的射频能量。而平面螺旋天线，结构简单，占用空间小很容易由应用印制电路技术来制造。因此很合适当做无线能量收集装置的天线。利用HFSS仿真出天线的三维动画效果图，利用hfss计算出天线的参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽等。再对天线的参数进行适当调整，寻找一个合适的尺寸参数。生成一个最终的天线模型，这就是本次课题的目标。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论知识及软件使用。确定方案，完成开题报告。

第4－9周：原理及设计方案调研、天线设计与仿真。

第10－13周：天线的分析与优化。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]田龙,刘征,鞠家欣,姜岩峰. 射频能量收集装置的研究进展[j]. 电子技术与软件工程,2015,13:152-155.

[2]赵争鸣,王旭东. 电磁能量收集技术现状及发展趋势[j]. 电工技术学报,2015,13:1-11.

[3]谢丹彭. 无线能量收集系统及其测试平台[d].苏州大学,2015.