低成本高效率的Ka频段微波功率传输微带天线

简介：
本研究致力于开发一种成本低廉且高效的Ka频段微波功率传输微带天线，旨在提高无线能量传输系统的性能与可靠性。 本段落研究了“低成本以Ka频段传输微波功率的高效微带天线”，探讨了该技术在无线通信中的应用潜力。 微带天线是一种平面结构的天线，使用导电材料在介质基板上形成图形，并结合空气或其它介质来创建谐振器。这种设计具有制造简单、尺寸小、重量轻和成本低等优点，在现代通讯系统中得到广泛应用，尤其是在无线通信、卫星通信及雷达领域。 Ka频段是指约26.5至40吉赫兹的频率范围，它属于微波频谱中的高端部分。由于其电磁波具有短波长和强穿透力的特点，适合用于高数据传输速率以及远程通信。在高速互联网接入与高清电视信号传输等领域中，基于Ka频段的卫星通讯系统越来越受到重视。 微波功率传输（MPT）是一种利用特定频率范围内的电磁能量进行无线供电的技术，在近年来随着无线充电技术的发展和对移动设备、可穿戴装置及物联网等需求增长而得到推广。由于其短波长特性，此技术在聚焦能量方面具有明显优势。 整流天线（Rectenna）结合了接收微波信号并将其转换为直流电的功能于一体，是实现MPT的关键组件之一。为了提高效率，在设计时需考虑匹配网络、二极管选择及滤波器集成等多个因素。 文中提到的实验方法用于测量在毫米波频段内整流二极管的有效输入阻抗，这对于高效整流电路的设计至关重要。通过优化这些参数，并采用高增益Fabry-Perot谐振腔天线（具有圆形偏振操作和抑制寄生效应），可以进一步提升系统的性能表现。 毫米波到直流的转换效率是衡量微波功率传输效果的重要指标之一。本研究提出了一种用于近场与远场环境下的精确测量系统，以评估整流天线的工作效能。在特定条件下（如34.8GHz频率和430Ω负载），测得最高转换效率为63.8%，此时接收功率达到77.3毫瓦。 毫米波频段因其独特的特性，在无线通信与能源传输领域具有广阔的应用前景，除了卫星间能量传递外，还可用于RFID设备及生物医学监测传感器的充电等场景。随着相关技术的发展和完善，预计未来将在更多应用场景中发挥重要作用。