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新型叶形天线的设计与优化用于射频能量传输

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JunbinZhong,MingtongChenandZhengbaoYang

aTheHongKongUniversityofScienceandTechnologyHongKong,SAR999077,China

ARTICLEINFO摘要

Keywords:在这项研究中，提出了一种受自然叶片结构启发的新型叶形天线的设计和优化，用于射频能量传

射频输。本研究的目标是开发一种仿生天线，通过阻抗匹配优化其在915MHz频率范围内的性能，并

评估其捕捉射频能量的效率。设计过程包括选择合适的叶片形状，使用AutoCAD和HFSS软件建

能量转移模天线，以及制造印刷电路板（PCB）原型。通过仿真和物理测试来优化天线的性能，在915MHz

天线时实现了S11参数接近-20dB，表明有效的能量捕捉。实验结果展示了该天线在距离长达200厘

米的情况下为设备供电的能力，并且充电时间反映了其效率。研究得出结论，所提出的天线的仿生

设计改善了射频能量传输。未来的工作应集中在测试天线穿透混凝土的能力以及开发自主对准反馈

系统。

1.介绍寿命。电池的尺寸和重量也限制了传感器的小型化

进程。

本作为世界上最广泛使用的建筑材料之一，混凝如前所述，电池不适合嵌入式传感器。混凝土内

土以其在抗压强度、耐久性和成本效益等方面的出

译部的环境也使光、热和机械能源不足或完全不存在，

色性能而闻名。这些优良特性使得混凝土对于大多

中因此无法作为主要电源[6]。为解决这一问题，可以采

数结构来说几乎是不可或缺的。然而，尽管混凝土表

1用无线电频率能量采集（RFEH）和无线电力传输等

v现出强大的性能，其完整性也不应被视为理所当然。

0对混凝土结构进行定期检查对于监测混凝土结构的技术作为嵌入式传感器的替代解决方案。这两种方

3法利用远场射频（RF）来供电。RFEH技术捕捉并

6健康状况和检测诸如裂缝、腐蚀和材料退化等潜在

8转换环境中的射频信号为可用的电能。它通常涉及使

1问题至关重要。这些定期检查有助于确保混凝土结

.用天线从各种来源（如电视广播和蜂窝网络）捕获射

7构的耐久性和安全性。

0为了监测混凝土结构的长期行为，在混凝土内频信号。这些信号随后被整流并转化为直流（DC）电

5力。WPT技术指的是通过电磁场将电能从电源传输

2部或表面安装小型传感器被认为是极具前景的研究

:到负载而无需物理连接的技术。WPT包括几种工作

v方向之一[1]。经过多年的研发，现在已经有超过五

i原理，并可以根据耦合方法进行分类，即感应耦合、

x十种不同类型的传感器被部署用于持续测量如结构

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