物联网的概念诞生于上世纪90年代,是一种基于互联网、传感器、无线通信等技术实现的智能化网络系统。近年来,随着5G技术的推广、云计算技术的发展、物联网芯片技术的进步以及人工智能技术的应用,物联网技术的发展更加迅速,使得越来越多的物品得以互联互通,形成了一个庞大的智能化网络系统,有效地推动了智能化和信息化社会的发展。未来,物联网技术将会广泛应用于各个领域,如智能家居、智能交通、智能制造、智慧城市等。

然而,物联网技术也面临着诸多挑战之一是物联网传感器的电源供应问题。物联网设备通常分散部署,节点之间的距离不固定,而节点的设备还有可能分布在高原、海底、农田、太空等恶劣的环境。为每个节点分配供电线缆将带来巨大的成本,而且后期的维护也非常困难。如果采用电池的方案来为设备进行供电,则会使物联网系统受电池寿命的限制而无法保证长时间不间断运行。因此,需要探索新型的能量供应方式来为物联网传感器提供长期稳定的电源。

为了解决物联网设备电源的供应问题,业界提出了应用于物联网的无线能量传输技术。远场无线能量传输技术是一种通过电磁波传输能量的技术,可以将电能转换为无线电磁波能量,然后通过发射天线将其传输到远处,在接收端通过整流天线将高频的电磁波转化为直接电信号。相比于传统的供电方式,无线输能技术可以让物联网设备摆脱电缆束缚,避免电池更换带来的不便,随时随地使用或充电,提高了物联网设备的可用性和便利性,为传感器提供更长久的能源支持,从而可以将传感器应用于更为复杂和严苛的环境中。

本项目选取毫米波无线能量传输作为研究课题,旨在研究远距离高效率的无线输能方案,主要研究内容包括发射天线阵列的设计以及接收端的高效率毫米波整流电路和宽带接收天线。与微波频段相比,毫米波无线能量传输在同样口径的发射天线下可以实现更高的增益,使波束更聚焦,从而提高传输距离和效率。另一方面,毫米波天线的尺寸更小,可以在微型的物联网传感器中植入,实现更小体积的物联网设备的远场无线能量传输。目前,关于毫米波远场无线能量传输还处于初步阶段,本项目的研究能为物联网终端的传感器网络提供新型的能量供应方式,促进物联网技术的发展,推动物联网技术在各个领域的应用,从而推动信息化和智能化社会的发展,为人们的生活带来更多的便利

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