[发明专利]一种用于射频能量收集的多频段全向整流天线

说明书

本发明公开了一种用于射频能量收集的多频段全向整流天线，包括相互连接的天线单元和整流电路单元；其中，天线单元为全向天线；整流电路单元包括并联的三路阻尼匹配电路，且各阻尼匹配电路接收射频频段不同；阻尼匹配电路包括依次连接的多频带阻抗匹配电路、二极管和带通滤波器；三路阻尼匹配电路并联后与负载串联。本发明具有良好的全向性性能，能够在较宽频带内收集各个方向来的电磁波，可以收集环境中的多频段射频能量，将其转化为直流能量用于供电。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于射频能量收集的多频段全向整流天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，在物联网、智慧城市、无线传感器网络等应用中使用的低功耗电子设备越来越多。对于这些低功耗的电子设备来说，更换电池是一项耗时且昂贵的任务，而对废旧电池的不当处理会造成环境污染。因此，从周围环境中收集能量来为低功率电子设备供电已经引起了广泛的兴趣。与风能、太阳能和动能收集相比，射频能量收集为电子设备提供电能具有可植入和可持续收集的特点。此外，随着5G通信技术的发展，周边环境中的5G通信基站、Wi-Fi等射频源的数量显著增加，这意味着收集射频能量给设备供电更加可行。

整流天线是微波能量采集的核心部件，其作用是将射频功率转换为输出的直流功率。整流天线通常由整流电路和接收天线组成，而RF-DC转换效率是评估整流天线性能的一个重要参数。空间射频能量具有在不同频段随机分布的特点，如GSM1800、LTE、5G等。为了充分收集环境中多个频段获得更多的射频能量，多频段整流天线得到了广泛的关注。随着5G通信技术的出现，周围空间将会有越来越多的5G频段的射频能量。到目前为止，所有研究的整流天线都无法在GSM1800、LTE、Wi-Fi、5G频段同时运行。此外，射频能量在空间位置上具有随机分布，但目前研究的接收天线多为定向天线，无法在宽带范围从多个角度收集空间中的射频能量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于射频能量收集的多频段全向整流天线，具有良好的全向性性能，能够在较宽频带内收集各个方向来的电磁波，可以收集环境中的多频段射频能量，将其转化为直流能量用于供电。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种用于射频能量收集的多频段全向整流天线，包括相互连接的天线单元和整流电路单元；其中，天线单元为全向天线；整流电路单元包括并联的三路阻抗匹配电路，且各阻抗匹配电路接收射频频段不同；阻抗匹配电路包括依次连接的多频带阻抗匹配电路、二极管和带通滤波器；三路阻抗匹配电路并联后与负载串联。

天线单元包括上层金属贴片、中间层介质基板以及下层金属贴片，上层金属贴片和下层金属贴片分别刻蚀在中间层介质基板的上表面和下表面。

整流电路单元至少可接收6个频段的射频能量。

整流电路单元包括三路任意数量组合的三频带阻抗匹配电路和双频带阻抗电路并联形成。

整流电路单元可接收7个频段的射频能量，其中，三路阻抗匹配电路设置为上路和下路的双频带阻抗匹配电路以及中路的三频带阻抗匹配电路。

上层金属贴片包括由上至下分别设置的上层椭圆形金属贴片、第一上层长方形金属贴片和第二上层长方形金属贴片，其中第二上层长方形金属贴片作为馈线。

天线单元下方连接有SMA接头，用于连接第二上层长方形金属贴片和下层金属贴片。

整流电路单元设置在介质基板上。

中间层介质基板和整流电路介质基板型号相同，均为介电常数为2.2的 RT/duroid5880材料，损耗角正切为0.0009，厚度为0.787mm。

二极管为肖特基二极管SMS7630。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：