《射頻能量收集及其與太陽能收集一體化關鍵技術研究》是依託山西大學，由張文梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：射頻能量收集及其與太陽能收集一體化關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文梅
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
物聯網被認為是一個面向未來的高期望增長市場。目前，供電問題是制約其發展的巨大挑戰之一。射頻能量/太陽能的一體化收集，可以為物聯網設備提供穩定的電能。在該方面存在的問題主要有：天線的體積大，收集能力較低，RF-DC轉換電路效率低，未建立天線/太陽能電池板一體化模型，並最佳化其性能等。.本項目將研究小型化能量收集天線的高效收集技術，新型寬頻高效轉換電路的設計原理，及射頻能量/太陽能一體化收集技術。項目的創新點主要有三個方面：（1） 提出了基於零階諧振和超表面的小型化、寬頻全向圓極化天線，該天線在俯仰面具有寬的軸比波束，能高效收集射頻能量；（2） 在RF-DC轉換電路中採用寬頻阻抗壓縮網路，可以在寬的頻帶範圍內減小外界條件變化引起的整流器阻抗的變化，從而提高轉換效率；（3） 提出了將天線的縫隙結構貼片作為太陽能電池板下電極的天線/電池板一體化集成模式，並建立其模型，通過二者的協同設計來提高整個系統的性能
結題摘要
物聯網被認為是一個面向未來的高期望增長市場。目前，供電問題是制約其發展的巨大挑戰之一。射頻能量/太陽能的一體化收集，可以為物聯網設備提供穩定的電能。在該方面存在的問題主要有：天線的體積大，收集能力較低，RF-DC轉換電路效率低，未建立天線/太陽能電池板一體化模型，並最佳化其整體性能等。 本項目為一年期小額資助項目，因此主要研究了射頻能量高效收集技術，即： （1） 研究了小型化能量收集天線的設計理論，頻寬展寬技術及其高效收集技術； （2）研究了高效寬頻 RF-DC 轉換電路及其與天線的協同設計。 項目取得的重要結果如下： 1 針對RF 源的分布與極化都不確定的套用環境，提出並實現了基於旋渦結構、零階諧振器、雙層超表面、互補V型縫隙、倒L形縫隙等的低剖面寬頻寬軸比波束全向圓極化天線，實現的最寬工作頻寬為25%，軸比波束寬度為240°；針對射頻源位置固定的情況，提出並實現了無波束成形網路的2-D大覆蓋角度多波束天線、基於寄生貼片與短路探針的小型多波束天線、基於雙層超表面的多波束天線等高增益定向天線； 2提出了單支路電阻壓縮網路（SRCN），使整流電路在寬輸入功率範圍內都能實現阻抗匹配，採用該網路的整流器轉換效率提高了8% - 15%；提出了一種基於扇形微帶線的寬頻SRCN，使整流器在3.1-5.3GHz GHz範圍內的轉換效率都超過了40%； 3 設計並實現了基於問號形單極子、新型偶極子和交叉偶極的圓極化寬頻整流天線，工作頻寬分比為36.97%、27.94%、31.7%，整流效率分別達到了35%、60%和48%。 項目組圓滿完成了計畫書規定的研究內容，取得如下成果：（1） 發表論文14篇，其中期刊論文9篇，會議論文5篇，被SCI收錄7篇；被EI收錄3篇；（2） 獲得授權發明專利1項,申報發明專利7項；（3） 培養博士生5名，碩士生10人；（4） 申報山西省科技進步二等獎一項；（5） 參加國際會議5人次，國內會議8人次，作為TPC成員等參加會議的組織工作3次，邀請國內學者講學1次，青年教師出國合作研究一年。 項目提出了幾種小型化寬頻寬軸比波束全向圓極化天線和多波束高增益天線，實現了在不同環境下的高效射頻能量收集；（2） 在RF-DC轉換電路中採用寬頻阻抗壓縮網路，可以在寬的頻帶範圍內減小外界條件變化引起的整流器阻抗變化，從而提高了轉換效率。
