研究目的
为卫星太阳能电站阵列建设设计一种圆极化印刷整流天线,以实现高效微波无线能量传输,具备高转换效率和灵活的定位能力。
研究成果
设计的圆极化印刷整流天线在2.45 GHz频率下实现5.012 dB增益和1.44 dB轴比,在10 dBm输入功率时转换效率达70%。该整流天线性能不受收发天线相对位置影响,适用于空间太阳能电站应用。印刷工艺支持相同整流天线互联成阵列,兼具灵活性并降低失配损耗。
研究不足
该整流天线设计针对特定输入功率水平(10 dBm)进行了优化,其他功率水平可能需要调整。虽然使用FR4基板具有成本效益,但其较高的损耗角正切可能会限制高频下的性能。该设计基于理想条件,可能未考虑实际空间太阳能电站应用中的所有环境因素。
1:实验设计与方法选择:
该设计包含一个圆极化微带贴片天线,结合带通滤波器和倍压整流电路。天线与滤波器采用ADS Momentum软件进行电磁三维全波仿真设计,通过单枝节微带匹配网络实现阻抗匹配以确保最大功率传输。
2:样本选择与数据来源:
整流天线工作于2.45GHz频段,输入功率范围为-10dBm至30dBm。设计采用具有特定介电特性的FR4基板。
3:45GHz频段,输入功率范围为-10dBm至30dBm。设计采用具有特定介电特性的FR4基板。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:FR4基板(εr=4.4,厚度h=1.6mm,损耗角正切=0.02,铜箔厚度35μm)、HSMS-8202肖特基二极管(SOT 23封装)、100pF电容及2kΩ负载电阻。
4:4,厚度h=6mm,损耗角正切=02,铜箔厚度35μm)、HSMS-8202肖特基二极管(SOT 23封装)、100pF电容及2kΩ负载电阻。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:在ADS Momentum中完成天线与带通滤波器的设计与仿真,集成整流电路并优化阻抗匹配,测量回波损耗、增益、轴比、输出电压及转换效率等性能指标。
5:数据分析方法:
通过仿真与实测数据评估天线性能(回波损耗、增益、轴比)及整流天线效率,利用史密斯圆图进行阻抗匹配分析。
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ADS Momentum
Keysight
EM full-wave 3-D simulator used for designing the antenna, bandpass filter, and impedance matching network.
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HSMS-8202
SOT 23
Avago
Used as series pair in the voltage doubler rectifier circuit for RF to DC conversion.
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FR4 Substrate
Used as the base material for the microstrip patch antenna and circuit layout.
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Capacitor
100 pF
Used as an output filter in the rectifier circuit.
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Load Resistor
2 kΩ
Used as the output load in the rectifier circuit to measure performance.
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