可重构整流天线的实现机理及特性研究

The application of the rectenna in solar power satellite, wireless sensor networks, battery-free technology and so on is of great significance for achieving green and for achieving green and low carbon energy strategy in China. The traditional rectenna is difficult to solve the problems, such as the input power dynamic range is small, the antenna and the rectifier circuit are difficult to integrate on broadband with wide bandwidth, wide power range, and the antenna mismatch in long distance wireless energy transfer. Those problems greatly limit the application of rectenna in reality. This project creatively combines the concept of reconfigurable technology and the rectifier, and solves the problems from three questions. Those questions are how to realize the reconfiguration of rectenna, how to improve its performance, and how to form antenna array. The research content includes:.(1) The realization of the reconfigurable rectenna which is the basic of the following research..(2) The characteristic analysis and calculation of the reconfigurable rectenna which guides the design of high performance reconfigurable rectenna..(3) The research on the reconfigurable rectenna array which proposes new concept which is different from the traditional antenna array design..The research of this project will provide new theoretical guidance and technical support for the wide application of wireless energy transmission and collection, and accelerate the multi-functional integration and miniaturization of the new energy system with electromagnetic wave energy. It has important theoretical and practical significance.

整流天线在空间太阳能电站、无线传感网络、无电池技术等方面的应用，对于实现我国绿色低碳的能源战略具有重大意义。传统的整流天线难以解决电路在输入功率动态范围较小，天线和整流电路难以实现宽带、宽功率范围的集成，远距离无线能量传输天线极化难匹配等难题。这些难题极大限制了整流天线在现实中的应用。本项目创新性的提出了将可重构技术与整流天线相结合的概念，从如何实现整流天线的可重构特性，如何提高其性能，如何组成天线阵列三个问题出发解决上述难题，研究内容包含：（1）可重构整流天线的实现方式研究，作为后续研究的基础。（2）可重构整流天线的特性分析及计算，指导高性能可重构整流天线的设计。（3）可重构整流天线阵列研究，提出了区别于传统天线阵列设计的新思想。本项目的研究将无线能量传输与收集的广泛应用提供新的理论指导和技术支撑，加速以电磁波为能量的新能源系统的多功能集成、小型化发展，具有重要的理论价值和现实意义。

可重构整流天线具有频率、方向图、极化方向可灵活改变的特点，可应用于空间太阳能电站、浮空平台供电、无线传感器供电、电器设备的隔空充电等方面。本项目针对可重构整流天线的实现方式与特性，可重构整流天线阵列等方面进行了研究。具体来说，研究了整流二极管效率及阻抗的计算方法，并设计了软件，作为后续研究的基础，以提高整流天线的效率。研究了肖特基二极管建模及参数提取，在此基础上，开发了加载整流芯片的超轻薄整流天线，及加载整流芯片的全向整流天线。针对PIN二极管建模进行了研究，完成了加载PIN二极管的频率可重构整流天线与方向图可重构整流天线，实现了整流天线频率与方向图可重构特性。对基于3dB混合环耦合器的可重构匹配电路实现方式及基于双模谐振器的圆极化天线进行了研究，完成了匹配电路可重构圆极化整流天线。对极化方向可重构整流天线实现机理进行了研究。为了实现整流电路与整流天线的高效率小型化，研究了一体化整流天线及阵列。对可重构整流天线阵列输出直流电压的可重构特性进行了研究。此外，随着研究的深入，也研究了用于能量收集的双频整流天线、Ku波段高增益整流天线、用于无线能量收集的宽带整流天线以及整流电路的谐波抑制机理。项目研究内容能有效提高无线能量传输系统效率。项目共计培养研究生9名，发表学术论文16篇，其中SCI期刊论文9篇，申请国家发明专利4项，其中2项已获得授权，获得1项计算机软件著作权。