面向无线传感网供电的高效大动态范围整流天线研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901179
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0119.电磁场与波
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the development of IoT technology, the long-term serving of the nodes has faced severe challenge. Microwave Power Transmission (MPT) is an effective approach to wirelessly power the nodes due to its advantages of long transmitting distance, high flexibility and single-TX-multi-RX feature. Rectenna is the key component in a MPT system. In the current research, the rectenna can only operate efficiently in a narrow dynamic range of input power. Especially, the power conversion efficiency of the rectenna is low when operating at ultra-low input power. To overcome these problems, this project aims at doing research on rectennas with high efficiency in wide input power dynamic range. The content of this projects includes: 1. Design method of the dual-branch rectifier with different structure based on impedance compression network; 2. Enhance the efficiency of the rectenna when operating at low input power via transmitting waveform optimization, 3. High gain receiving antenna with smaller size and all-polarization, 4. Co-optimization method of rectifier and antenna with high reliability and low insertion loss. The applicant has previous research experience of the above content. He published 4 IEEE journal papers, 4 EI recorded papers and 11 patents. He had carried a detailed analysis of the research plan and roadmap and had run several simulation, which primarily verifies the effectiveness of the plans. The research carried in this project will make the rectenna efficiently function in different location in an actual MPT application.
随着万物互联时代的到来,无线传感节点的长时间续航能力面临严峻挑战。微波无线输能因输能距离远、位置灵活、单发多收等特性,成为对广覆盖节点群进行能源补给的有效手段。作为微波输能系统的关键部件,目前的整流天线只能在较窄输入功率范围内实现高效率,特别在低功率输入下效率较差。针对该问题,本项目拟开展高效宽动态范围的整流天线研究,具体内容如下:(1)研究基于复阻抗压缩网络的双路异构整流电路设计方法,扩宽输入功率动态范围;(2)基于发射波形调制,探索提升整流电路在低输入功率时整流效率的方法;(3)基于辐射模式调控,研究全极化接收的电小惠更斯源天线,提升天线接收能力;(4)探索高精度快收敛的整流电路与天线联合迭代协同优化方法。以上研究内容申请人具备相关基础,发表IEEE期刊论文4篇,EI论文4篇,申请专利11件,并初步验证研究方案的可行性。本项目的实施有助于传感节点在输入功率波动剧烈的场景中高效稳定工作。

结项摘要

无线传感网作为物联网和工业互联网的基本载体,已逐渐在诸多场景中普及应用。在传感网中,负责感知和传输信息的传感节点既要求小型化易集成,又要求长时间工作,使其能源续航存在重大挑战。本项目研究一种远距离微波无线传能技术,进一步聚焦到与节点集成的高效率大动态范围整流天线,可收集环境存在或者能量源传输的微波能量,转化为直流电,供给传感节点使用,对比传统更换电池、物理布线有巨大优势。本项目针对整流天线中动态范围窄,在实际波动的环境中工作稳定性差,在低输入功率下效率低下等瓶颈问题,开展大动态整流电路、大等效口径接收天线、高效低损耗整流天线协同优化方法等研究。.项目研究周期为3年,结题时全部研究计划均完成,形成SCI/EI论文10篇(计划>8篇),其中IEEE Trans.论文7篇(计划>3篇),申请专利7件(计划>4件),先后培养硕博士生7名(计划2-3名),成果指标全面满足、部分超出预期指标。提出了宽功率动态范围、宽频宽功率整流电路系列设计方法,类惠更斯源、增益提升等增大天线等效接收口径的方法,形成了同时对频率、功率、负载、极化特性动态范围拓展的整流天线,并基于以上设计形成了“智能家居节点供电”和“移动基站能量收集”两个应用验证,获得了国家级创新创业大赛奖项2项。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(3)
专利数量(7)
A Compact Microstrip Antenna With Extended Half-Power Beamwidth and Harmonic Suppression
具有扩展半功率波束宽度和谐波抑制的紧凑型微带天线
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Antennas and Propagation
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Jun-Hui Ou;Shi-Wei Dong;Jingwen Huang;Xiu Yin Zhang;Wenquan Che;Quan Xue
  • 通讯作者:
    Quan Xue
All-Polarized Wideband Rectenna with Enhanced Efficiency within Wide Input Power and Load Ranges
全极化宽带整流天线,在宽输入功率和负载范围内提高效率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Shao Fei Bo;Jun-Hui Ou;Yazhou Dong;Shi-Wei Dong;Xiu Yin Zhang
  • 通讯作者:
    Xiu Yin Zhang
Ultrawideband Rectifier With Extended Dynamic-Power-Range Based on Wideband Impedance Compression Network
基于宽带阻抗压缩网络的具有扩展动态功率范围的超宽带整流器
  • DOI:
    10.1109/tmtt.2022.3179538
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Shao Fei Bo;Jun-Hui Ou;Xiu Yin Zhang
  • 通讯作者:
    Xiu Yin Zhang
Polarization-Independent Rectifier With Wide Frequency and Input Power Ranges Based on Novel Six-Port Network
基于新型六端口网络的宽频率和输入功率范围的极化无关整流器
  • DOI:
    10.1109/tmtt.2021.3091712
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Shao Fei Bo;Jun-Hui Ou;Ji Wen Wang;Jie Tang;Xiu Yin Zhang
  • 通讯作者:
    Xiu Yin Zhang
Highly-Isolated RF Power and Information Receiving System Based on Dual-Band Dual-Circular-Polarized Shared-Aperture Antenna
基于双频双圆极化共享孔径天线的高隔离射频功率和信息接收系统
  • DOI:
    10.1109/tcsi.2022.3173688
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: REGULAR PAPERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jun-Hui Ou;Bihang Xu;Shao Fei Bo;Yazhou Dong;Shi-Wei Dong;Jie Tang;Xiu Yin Zhang
  • 通讯作者:
    Xiu Yin Zhang

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其他文献

基于ADS获取肖特基二极管阻抗的迭代方法
  • DOI:
    10.14183/j.cnki.1005-6122.201704017
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    微波学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    区俊辉;吴宙真;安德烈.安德烈尼克;谭洪舟
  • 通讯作者:
    谭洪舟

其他文献

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面向物联网的通信传能一体化高鲁棒整流天线研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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