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基于极化分集的紧凑型整流超表面天线OA

Compact rectifying metasurface antenna based on polarization diversity

中文摘要英文摘要

针对传感器节点频繁供电维护及信息传输问题,提出一种基于极化分集的整流超表面天线.在3.6 GHz频段利用垂直极化方向集成整流二极管实现微波无线能量收集,完成射频到直流的转化;同时在2.45 GHz频段采用水平极化进行传感器数据的发送.相较于传统整流天线,该超表面结构摒弃了阻抗匹配枝节,其单元尺寸仅为20 mm×20 mm×2.29 mm(0.16λ0×0.16λ0×0.02λ0),工作在2.45 GHz和3.6 GHz频点的能量传输效率分别达到90%和96.6%,在输入功率为3 dBm时最高实现41%的整体效率,具备优异的电磁波吸收与辐射性能,具有小型化、集成度高、多功能的优点.实验验证了该超表面天线能够在实现对传感器供电的同时进行信息的发送,为构建未来智慧城市中自供电物联网(IoT)系统提供新的技术思路.

To address the challenges of frequent power maintenance and data transmission for sensor nodes,this paper proposes a polarization-diverse rectifying metasurface antenna.The metasurface employs vertically polarized direction integrated with rectifying diodes to harvest microwave wireless energy and convert RF into DC at 3.6 GHz.Simultaneously,it utilizes horizontal polarization at 2.45 GHz for sensor data transmission.Compared with conventional rectenna designs,this metasurface eliminates the impedance matching stubs and features a compact unit size of 20 mm×20 mm×2.29 mm(0.16λ0×0.16λ0×0.02λ0).The metasurface achieves high power transfer efficiencies of 90%at 2.45 GHz and 96.6%at 3.6 GHz,the maximum measured overall efficiency of 41%is achieved at an input power of 3 dBm,demonstrating excellent electromagnetic absorption and radiation performance.The design offers advantages such as miniaturization,high integration,and multifunctionality.Experimental results confirm that the metasurface antenna can simultaneously power sensors and transmit data,offering a novel technical approach for self-powered Internet of Things(IoT)systems in future smart cities.

李奕岑;何沛通;马向进;刘海霞;薛皓;李龙

西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安 710071

信息技术与安全科学

超表面传感器无线能量传输整流物联网(IoT)

metasurfacesensorswireless power transmissionrectifyingInternet of Things(IoT)

《太赫兹科学与电子信息学报》 2026 (4)

441-448,8

国家自然科学基金资助项目(62288101)国家重点研发计划资助项目(2023YFB3811503)国家自然科学基金青年科学基金资助项目(62401443)中央高校基本科研业务费专项资金资助(XJSJ25004)国家资助博士后研究人员计划C档资助项目(GZC20250387)"三秦博创"人才支持资助项目(2025SQBC016)

10.11805/TKYDA2025178

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