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一种用于射频能量收集系统的双频高效圆极化整流天线

DOI：10.1002/mmce.21665 期刊：International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 本文提出一种用于射频能量收集系统的多层圆极化（CP）双频堆叠缝隙/开槽贴片天线及紧凑型整流器。该紧凑双频CP天线通过将开缝圆形贴片（SCP）堆叠在锥形缝隙八边形贴片（TSOP）上方的基板实现小型化。通过在TSOP上堆叠SCP并采用金属过孔连接微带馈线与SCP实现双频圆极化辐射。沿TSOP八边形方向对称嵌入长度差为6.25%的八个锥形缝隙（从贴片中心向外延伸），并在SCP对角轴线上设置两个不等径圆形开槽，从而产生幅度近似相等的双正交模式以实现圆极化波。实测该天线在0.908-0.922 GHz频段增益大于5.2 dBic（峰值5.41 dBic@0.918 GHz），在2.35-2.50 GHz频段增益大于6.14 dBic（峰值7.94 dBic@2.485 GHz），整体体积仅为0.36λo×0.36λo×0.026λo（λo为0.9 GHz自由空间波长）。同时设计、制作并测试了工作于0.9/2.45 GHz双频段的紧凑型复合左右手（CRLH）整流器：其右手传输线（TL）部分由微带线构成，左手传输线部分由集总元件构成。实测整流效率在0.9 GHz达43%，2.45 GHz达39%，对应整流器尺寸为0.18λo×0.075λo×0.0002λo（0.9 GHz频段）。
作者： Ang M. Jie，Nasimuddin N.，Muhammad F. Karim，Karthik T. Chandrasekaran
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

设计一种用于射频能量收集系统的多层圆极化双频天线，并配备紧凑型整流器，专门针对GSM和Wi-Fi频段，以高效地将环境电磁波转换为电能。

研究成果

设计的双频圆极化天线与整流器实现了高效的射频能量收集，在各自频段上增益超过5.2 dBic和6.14 dBic，射频-直流转换效率分别为43%和39%。该系统结构紧凑，适用于无线传感器网络等应用场景，在仿真与实测中均展现出良好性能。

研究不足

该研究仅限于特定频段（GSM和Wi-Fi），且效率可能随环境条件和输入功率水平而变化。紧凑的尺寸可能会对带宽和功率处理能力造成限制。若要实现更广泛的应用，可能需要进一步优化。

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