宽带谐波抑制天线设计

　　微波能量采集技术是以空间为媒介收集周围环境中的电磁波，相比于风能、太阳能等，具有随距离变化时接收功率可控，供能持续，受环境影响较弱等优点，因此受到越来越多的关注。由于天线较宽的带宽能够提高可接收的微波能量的频率范围，对二次以上谐波良好的抑制能力可以保证整流的效率，因此宽带的谐波抑制是能量采集技术和整流天线的发展方向之一。

　　一个完整的整流天线包括接收天线和整流电路两个部分。其中整流二极管是整流电路的关键元件，起到将高频能量转换为直流的作用。由于二极管是非线性元件，整流时会产生二次、三次谐波，这些谐波有可能会从天线中再次辐射出去从而造成能量的损失，因此需要对高次谐波进行抑制。

　　通常实现谐波抑制的方法有两种：一种是采用改变天线结构来实现谐波抑制的方法，在矩形贴片上加载U形缝隙从而改变电流路径，使得天线高次模的谐振频率从高次谐波频率上移开，实现谐波的抑制。但是该类天线带宽一般较窄。也可以通过在天线馈线上加载低通滤波器，利用低通滤波器的滤波特性来抑制高次谐波。这种方法对天线的辐射特性影响不大，易于实现宽带。比如文献采用传统的阶跃阻抗低通滤波器，文献采用五阶切比雪夫低通滤波器设计，耐高次谐波具有良好的抑制能力。但是文献只是针对单一频率进行设计，因此无法应用于宽带谐波抑制天线中。目前具有谐波抑制能力的天线工作带宽均较窄，关于宽带谐波抑制天线的文章比较少见。

　　本文采用U形缝隙微带天线结合馈线上加载的C-CMRC低通滤波器，设计了一种工作频率在2.2GHz-2.6 GHz的宽带谐波抑制天线。微带天线采用加载U形缝隙和加入空气层的多层结构来展宽阻抗带宽，天线-10 dB阻抗带宽约为18%。通过在馈线上加入C-CMRC和开路短截线电路，引入多个传输零点，实现了对二次谐波和三次谐波的宽带抑制，仿真得到的通带带宽约为18%，对原天线的性能影响很小。这种微带天线的结构紧凑、加工简单，工作频段覆盖了包括无线网络信号在内的ISM频段、手机4G通信频段等，可接收的频率范围较大。