双频段环境射频能量采集系统的设计

俞梦缘 ，温 翾 ，游 彬

(1.杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州 310018；2.杭州电子科技大学 信息工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引言

环境射频能量收集是一种为物联网(IoT)中使用的设备供电的潜在应用，这可能有助于实现如医疗、保健、环境和基础设施管理[1-2]。随着无线通信基础设施(如WiFi、蜂窝和广播系统)的部署不断增加，环境RF信号的功率密度通常已变得足够大，足以支持用于IoT应用的自持式和低功率设备[3]。

目前已经设计了各种单频带采集系统来收集各种频带的RF能量，GSM-900[4]、GSM-1800[5]、3G[5]和WiFi[6]等。然而，因为环境射频功率密度极低，因此可以利用设计多频带的能量采集系统来提高收集效率。如文献[7]提出了一款可收集环境中的GSM900和GSM-1800频段RF能量的系统，通过增加接收天线的端口来提高采集效率，该系统可以提供大于3.2 V的输出直流电压，大于-10 dBm的输出直流功率以及大于42%的RF-DC效率。文献[8]提出的双频射频能量采集系统可采集2.45 GHz WiFi和3.5 GHz WiMAX频段的能量。通过提出的树状天线和引入的两个不同的径向分支组成的匹配网络来提高系统效率。输入功率为0 dBm时，在2.45 GHz下，观察到最大转换效率为60%；在3.5 GHz下，最大转换效率为53%。因此可以从系统的接收天线和匹配电路进行设计。为了最大限度地利用环境射频能量，可以利用频域来充分利用环境射频环境以及双频[9-10]、三频[11]和四频[5]等已经有学者实现。

本文设计了一个双频段能量采集系统来采集WiFi频段和GSM-1800频段的能量。其中圆极化天线利用寄生贴片增加天线的阻抗带宽和轴比带宽，通过在天线上加载缝隙减小双频段处的S11。……