微波输能系统中的整流天线设计与实现
随着微波技术和航天技术近年来快速发展，人类迫不及待的要求全面合理的开发利用太阳能，将外太空中巨大的太阳能资源利用太阳能卫星(SPS:SolarPowerSatellite)接收，并通过微波送回地球供人类使用。这就是著名的微波无限能输(MPT:MicrowavePowerTransmission)方案，微波无线能输技术中包含很多技术，这其中有微波功率合成器技术、功率集成技术、波束控制技术、整流天线技术（包括接收天线和微波整流电路）、整流天线组阵技术等多个方面，目前对其关键技术一整流天线技术的研究一直是国内外研究的最热门。
整流天线系统包含接收天线和微波整流电路两个大的模块，其中接收天线即用来接收微波能量，微波整流电路即用来处理接收到的微波能量。微波整流电路又可以分为:微波低通滤波器，匹配网络，直通滤波器，微波整流二极管，负载。如果要想获得很高的接收微波RF能量一直流DC转换效率，那么必须从接收天线系统的拓扑结构，所用材料，馈电，极化方式，整流二极管以及匹配问题等多个方面入手，另外还需考虑成本。本论文的工作即从上面这些因素来研究如何提高接收整流天线系统的效率，从而使得整个微波能量传输系统的总的效率得到提高。
设计了一种新颖的圆形微带贴片整流天线，介电常数比较高的陶瓷材料被该天线系统采用来作为基片。采用AgilentHSMS286B，SOT-23封装肖特基势垒二极管作为整流管，整个整流天线都是采用双面覆铜微带线制作，最后通过ADS整体仿真，得到其整体效率能够达到70％，间接说明了利用ADS2008仿真优化该微带整流天线的可行性。
设计了一种类似于Koch分形的带有方形锯齿结构的微带贴片天线，通过在微带贴片天线两侧加方形锯齿来研究天线的辐射特点，利用HFSS软件仿真发现随着方形锯齿结构数量的不断增多，微带贴片天线的辐射特性也在以一种规律不断变化，当分形阶数为1,2阶时，天线具有很好的倍频作用，随着分形阶数的增加，当分形阶数达到10阶以上时，天线抑制高次谐波的能力变得越来越强，当分形阶数大于30后，天线已经明显失去这种抑制高次谐波的优势。最后，在实验室实际制作一个10阶分形天线，通过实际测试得到的数据与仿真结果基本一致。当将这种具有类Koch分形的天线用于整流天线时将会提高整流天线系统的效率。
设计了一种带V形锯齿结构的新颖的圆形微带天线，利用HFSS软件仿真得知，该天线在基频处性能良好，同时具有良好的抑制二次和三次谐波的能力。将结构天线用在整流天线当中.一方面，可以省掉采用结构复杂的滤波器，另一方面，整流天线的尺寸也将大大缩小。这不仅使得整流天线更加方便与集成电路兼容，并且降低了加工成本。最后通过整流天线系统实验测试，该整流天线系统不仅获得了很高的直流电压输出，而且安全测试也通过了国家标准。
微波输能系统;整流天线;微波能输;极化方式
河南师范大学
硕士
物理电子学
张瑜
2013
中文
TN820
64
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）