41、无相互干扰的双频段射频能量收集超表面研究

无相互干扰的双频段射频能量收集超表面研究

1. 引言

自电磁波被发现以来，它被广泛用于信息传输。然而，将电磁能转换为交流电能量一直是个难题，直到一种麻省理工学院（MIT）类型的系统在《科学》杂志上得到验证。近年来，由于资源短缺和环境污染问题，清洁能源的开发备受关注。

射频（RF）能量具有可用性高的优势，众多无线网络设备如智能手机等都在传输电磁能量，且不受环境和时间限制。有调查展示了商场中电磁波的频谱分布，不同频段的电磁波强度和使用比例不同。

在该领域，滑铁卢大学的Omar M. Ramahi教授团队基于裂环结构在提高能量收集效率方面取得了进展，但早期研究主要集中在单频段，难以满足无线传感器网络（WSN）的广泛应用需求。传统的多频段超表面存在相互干扰问题，当某频段的重要信号不能被吸收时，传统的多频段超表面仍会捕获并消耗该电磁波，影响系统稳定性。此外，超表面平面与入射波传输方向的夹角也会导致吸收率下降。因此，为解决这些问题，提出了具有宽带隔离的多频段能量收集器。本文提出了一种用于双频段（2.45 GHz和12 GHz）射频能量收集的超表面，两个谐振频率之间有宽频隔离，可避免相互干扰。

研究内容安排如下：
- 第二部分给出所提出超表面的结构和详细参数，并对两个频段的反射系数、吸收率等特性进行仿真分析。
- 第三部分展示在消声室进行的实验结果，并与仿真结果进行比较。
- 最后得出结论并描述应用前景。

2. 仿真与分析

射频系统的工作波长与尺寸有关，在设计时研究结构与谐振频率的关系很重要。普通超表面中，金属环尺寸与谐振频率存在关联，结构越小，频率越高。但基于单环的传统单频超表面无法满足多频段需求，