摘要：为完结对低功耗负载的微波供电，规划了应用于2．45 GHz的微带整流天线。在接纳天线规划中，引进了光子晶体(PBG)结构，进步了接纳天线的增益和方向性；在低通滤波器部分引进了缺点地式(DGS)结构，以相对简略的结构完结了2．8 GHz低通滤波器特性；终究经过ADS软件规划得出了用于微带传输线与整流二极管间的匹配电路。将接纳天线、低通滤波器和整流电路三部分微带电路进行整合，完结整流天线的规划。经过试验测验，该整流天线的增益为4．29 dBi，最高整流功率为63％。经过引进光子晶体结构和缺点地式结构，在确保整流天线增益和整流功率的基础上，有用地减小了天线的尺度，简化了规划办法。
关键词：整流天线；光子晶体结构；缺点地式结构；无线能量传输
微波无线能量传输技能提出于上世纪60年代，1964年威廉，布朗成功验证了一个能够把微波能量转换成直流输出的硅整流二极管天线。该技能现已应用于太阳能卫星、无人机驱动、两地远距离电能传输等大功率传输场合。在集成电路和半导体技能飞速开展的今日，无线能量传输技能越来越多地应用于低功耗电子设备中，如射频识别体系、无线传感器网络、微机械体系。其间，整流天线扮演着重要的人物，得到了很大的开展。近年来，微带电路被广泛应用于整流天线的规划：微带天线具有体积小、成本低、重量轻、易于完结等长处，而且微带电路规划简略、易于体系整合，与传统电路比较，微带电路具有得天独厚的优势。
2004年科罗拉多大学规划并研发出了应用于2．45 GHz和5．8 GHz的双频段圆极化宽带整流天线阵列，该规划将传统的阿基米德螺旋天线引进到了整流天线的规划中，在X波段整流功率可抵达60％°2010年美国俄亥俄州立大学完结了根据分形结构的整流天线规划，该整流天线的整流功率抵达了70％。自1994年电子科技大学林为干院士在国内初次引进微波无线能量传输这一概念以来，国内对整流天线的研讨也不曾中止过。在文献中，上海大学学者提出了整流天线优化规划的一体化剖析模型，研发出了圆极化整流天线，其整流功率抵达了58％。2010年哈尔滨工业大学完结了根据八木印刷天线的整流天线规划，而且将整流天线应用于微型机器人的供电体系。尽管许多学者都对整流天线的规划进行了研讨，可是还存在结构杂乱、尺度较大、不易加工等缺点，很难应用于微体系，因而完结小尺度整流天线是很有必要的。
本文对传统的整流天线进行了改进，经过新式结构减小了整流天线的全体尺度。首要引进了光子晶体结构，对传统微带贴片天线进行了改进。经过按捺天线外表波所发生的高频重量，进步了天线的增益和方向性。其次在低通滤波器规划中引进了缺点地式结构，经过简略的缺点地式结构，完结了2．45 GHz低通滤波器特性。再次，规划了微带整流电路，终究得出了应用于2．45 GHz整流天线的全体规划。光子晶体结构和缺点地式结构的引进有用地简化了整流天线的规划，愈加便于体系的集成。
1 整流天线规划
整流天线首要由接纳天线、低通滤波器、整流电路与输出低通滤波器4部分构成，在接纳端由天线接纳微波束的能量，整流电路经过整流二极管将接纳到的微波能量转化为直流能量输出。可是因为二极管对错线性器材，它除了发生直流外，还会发生影响体系功能的二次、三次等高阶次谐波，这些高次谐波会严重影响前端接纳天线的作业特性，然后影响整流天线的整流功率。所以在接纳天线和整流电路之间参加低通滤波器就很有必要了，低通滤波器能够将这些高次谐波反射回整流二极管中进行二次整流，然后进步体系的整流功率。别的，在输出端引进输出低通滤波器，能够有用避免直流以外的高频能量输出，相同有用地进步了全体电路的整流功率。
1．1 光子晶体天线规划
光子晶体天线是指将微波毫米波光子晶体结构(Photonic Band—Gap，PBG)应用于天线规划中。它利用了光子晶体结构的禁带特性，使必定频率范围内的电磁波不能在其外表传达。这种结构能够按捺天线作业时所发生的高次谐波，然后能够在必定程度上进步天线的增益和方向性。
规划光子晶体天线一般根据以下准则：光子晶体数目一般取4到5个周期，并在全体规划中与天线处于对称方位。为确保在引进光子晶体结构后，天线的功能不发生根本性的改变，地板上光子晶体结构中方孔边长一般取四分之一波长，即λg。在方孔半径与方孔距离比值为1／4时，作用最佳。
本文的微带天线选用传统矩形贴片天线内嵌式馈电规划，根据光子晶体结构的规划准则，对地板进行了PBG周期性结构规划，如图1(a)所示，详细参数目标如下：W1=30mm，L=31mm，W2=16mm，W3=1．9mm，a=6．6mm，b=7mm，微波介质板选用FR4，介电常数为4．4，厚度为1mm。
对传统矩形天线和光子晶体结构天线别离进行仿真，比照其反射参数如图1(b)所示，能够很明显地看出光子晶体结构对天线高次谐波的按捺作用，该天线的增益为3．69 dBi。
1．2 缺点地式结构低通滤波器规划
1999年，韩国学者在光子晶体结构研讨基础上，提出了将缺点地结构(Defected Ground Structure，DGS)用于滤波器规划。DGS结构经过影响地板上传导电流的散布改变了微带传输线的特性，使得微带线具有了杰出的通带慢波特性和带阻特性。与传统低通滤波器比较，该结构使得滤波器的规划结构愈加简略紧凑，而且具有更好的频响特性和更小的尺度，易于体系集成。1999年，韩国学者在光子晶体结构研讨基础上，提出了将缺点地结构(Defected Ground Structure，DGS)用于滤波器规划。DGS结构经过影响地板上传导电流的散布改变了微带传输线的特性，使得微带线具有了杰出的通带慢波特性和带阻特性。与传统低通滤波器比较，该结构使得滤波器的规划结构愈加简略紧凑，而且具有更好的频响特性和更小的尺度，易于体系集成。
本文在微带线中引进U形DGS单元结构，该结构与微带线耦合，使得其等效介电常数添加、等效电感变大，然后发生阻带效应，完结低通滤波器特性。该U形DGS结构的矩形尺度首要影响滤波器截止频率，缝隙的宽度首要影响谐振极点。因而，该U形DGS结构的频率特性首要由两个参数决议：矩形的尺度和缝隙的宽度。图2为对传统凹凸阻抗低通滤波器进行的DGS结构规划，详细参数如下：W4=3．6 mm，W5=5．5 mm，W6=1．5 mm，g=0．5mm。微波介质板选用FR4，介电常数为4．4，厚度为1 mm。
