低功率微波整流技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、微波整流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微波無線能量傳輸與獲取的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)通常采用半導(dǎo)體二極管將天線接收到的微波頻段的能量轉(zhuǎn)換為直流供電電壓，適合用于對(duì)無線傳感器、有源射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）標(biāo)簽等低功耗電子設(shè)備無線供電，使這些設(shè)備得以擺脫電池壽命的限制。在實(shí)際應(yīng)用中，微波能量的接收和轉(zhuǎn)換由整流天線完成。整流天線通常包括接收天線和整流電路兩個(gè)部分。本文主要研究低功率條件下微波整流電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2、，包括在極低輸入功率下提高整流效率、減小電路尺寸、實(shí)現(xiàn)雙頻段整流的方法。在此基礎(chǔ)上針對(duì)有源電子標(biāo)簽及傳感器節(jié)點(diǎn)低功耗喚醒模塊的需求，設(shè)計(jì)了一種基于微波整流的半導(dǎo)體開關(guān)無線控制方法，用于實(shí)現(xiàn)極低功耗喚醒模塊的無線控制。具體而言，本文工作的主要內(nèi)容和成果包括：
　　（1）對(duì)整流二極管的非線性特性進(jìn)行了理論分析，然后針對(duì)低功率無線傳感器等設(shè)備的供電需求，設(shè)計(jì)了一款工作頻率在900MHz的電壓倍增整流電路，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)物加工與測(cè)試，測(cè)

3、試結(jié)果表明在輸入-20dBm功率下實(shí)現(xiàn)了20.5％的整流效率。
　?。?）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種串聯(lián)二極管結(jié)構(gòu)的雙頻整流電路，該整流電路在UMTS頻段和WIFI兩個(gè)頻段的中心頻點(diǎn)即2.16GHz和2.45GHz均表現(xiàn)出良好的工作特性，在-15dBm輸入功率下分別實(shí)現(xiàn)了31.7%和27.4%的整流效率。
　?。?）將微波整流應(yīng)用于有源電子標(biāo)簽及無線傳感器的低功耗喚醒，提出了一種基于低功率微波整流的半導(dǎo)體開關(guān)無線控制方法。為此，設(shè)計(jì)了一

4、款具有全向輻射特性的環(huán)形電小天線作為無線喚醒信號(hào)的接收天線；以實(shí)現(xiàn)最大直流輸出電壓為目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了單天線單路和雙天線陣列兩種整流方案，仿真并實(shí)測(cè)對(duì)比了兩者的性能。結(jié)果表明，采用雙單元的整流陣列設(shè)計(jì)，每一路天線接收到-18dBm的射頻功率時(shí)，直流輸出可以達(dá)到典型的CMOS開關(guān)控制所需的最低電平，從而驗(yàn)證了采用低功率微波整流實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體開關(guān)無線控制的可行性。
　?。?）為進(jìn)一步提高低功率輸入條件下的微波整流效率，研究了陣列形式的多路整