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穿戴式低功率射頻能量捕獲整流天線設計

為了解決totolink路由器設定的問題，作者林之曦 這樣論述：

本論文旨在設計低功耗穿戴式能量捕獲整流天線，可用於醫療保健、監測或人體感測器的射頻能量捕獲系統。整流天線包含有整流倍乘器和線性極化的貼片天線。吾人設定捕獲WiFi 2.45 GHz頻段及5.8 GHz頻段的電磁波輻射能量，因為是設計穿戴式的應用，所以織布材料的選擇及量測材料電氣特性是非常重要。我們選擇可穿戴的紡織材料是考杜拉布料。吾人利用蕭特基二極體設計RF to DC整流電路，使用高頻電路模擬軟體ADS模擬整流器，進行整流器及半波長貼片天線之間阻抗匹配設計，達到最大功率傳輸。整流器採用單級全波Greinacher整流器。一般而言，不同的負載將導致不同的阻抗不匹配，從而導致小的輸出電壓，因此

添加射頻扼流圈（RFC）於二極體整流器與負載間，隔離負載對輸入RF信號的影響，在添加RF扼流圈後，諧振頻率不會發生偏移。當RF功率從-40 dBm到0 dBm時，2.45 GHz頻段的整流天線的輸出直流電壓可達到2.2 V，而5.8 GHz頻段的整流天線輸出電壓則為1.9 V。由於吾人整流天線的結構，整流器那面直接接觸人體，人體為一種損耗材質，因此在整流器的表面覆蓋添加銅箔貼片的海綿墊，用於隔絕人體對整流器的影響。在環境中利用TOTOLINK的AC1200 WiFi 路由器作為WiFi輻射源進行測試，量測結果顯示有良好的隔離效果。單一整流天線的尺寸為80×80×2.2 mm。本論文除了討論如何

匹配和實現單個整流天線之外，吾人將整流天線擴展為2×2的陣列式整流天線，以提供足夠的輸出直流能量。2×2的陣列式整流天線所量到的功率傳輸距離從60公分到150公分時，輸出電壓保持在1~3 V之間。在天線與天線之間隔離度S21小於-25 dBm時，最小尺寸為160×130×2.2 mm，尺寸小足以貼附於人體背部。效率方面在負載為1 MΩ時，單一的2.45 GHz整流天線最高效率只有10 %，但2×2的陣列式整流天線的最高效率卻可提升到35 %，達到吾人所預期的最佳效率整流天線設計。