随着物联网和微波无线供电技术的快速发展,微波无线供电在物联网相关场景中的应用潜力日渐凸显。在面向物联网的无线供电系统中,微波既承载了信息同时也携带了能量,利用微波同时传输能量和信息的无线供电系统成为近年来的研究热点。为了满足物联网设备对信息传输和无线供电多样化的需求,在不同的应用场景中,需要针对性地设计具备不同功能的微波无线供电系统。本文面向三种应用场景设计了相应的微波无线供电系统。（1）针对有无线供电与双向信息传输需求的应用场景,提出了基于高隔离度共口径天线的频率分集信息能量同传方法,搭建了信息能量同传系统。系统由发射端和接收端两部分组成,其核心是接收端的具有高隔离度的异频双端口共口径天线,其低频天线和高频天线单元共口径堆叠放置,低频天线的辐射贴片与高频天线的地板复用同一结构,提高了紧凑性。天线有高低频两个端口,工作在5-7GHz和2.45GHz,分别用于能量传输和信息传输。通过连续相位馈电网络与辐射贴片形成的谐振结构产生多个滤波零点,使得在用于信息传输的2.45GHz频段上,高低频端口隔离度达到45d B,能有效避免能量传输对信息传输的干扰。基于该天线搭建了无线信息能量同传系统,演示了无线电子价格标签应用示例。该系统克服了现有频率分集信息能量同传系统接收天线分立,系统紧凑性低等问题,同时得益于天线的高隔离度有效避免了能量信息间的干扰。相关研究已发表在IEEE国际无线会议（IWS）上,并投稿了IEEE TCAS-I,已录用。（2）针对有无线供电与前向信息传输需求且物联网设备本身没有调制解调模块的应用场景,设计了基于极化调制的信息能量同传系统,包括发射和接收端两部分。极化调制和解调电路结构简单体积紧凑,不需要专门的解调芯片,能直接连接串口将串口信号由发射端传输到接收端,尤其适用于没有调制解调功能的物联网设备。本文首先设计了工作在5.8GHz的高增益双线极化发射端天线和接收端天线,经实测其分别具有13.2d Bi和10.1d Bi的高增益。然后设计了用于极化调制的射频开关以及接收端的整流电路,整流电路在5.8GHz工作频率下达到了68.6%的峰值效率。最后搭建了完整的发射和接收端系统,并进行了微波信息能量同传实验,验证了系统的有效性,这项研究支撑课题组在国家级竞赛中获奖,相关技术已申请发明专利。（3）针对有无线供电需求同时在设备所处环境中有可利用的射频和风能的应用场景,设计了能够混合收集两种能量的微波能-风能混合收集系统,其本质上是微波-风能混合整流天线。创新地将天线外形设计为风车形状,它不仅能像传统的整流天线一样工作,接收由发射端微波能量源提供的微波能量,还能收集环境中的微波能量和风能。在风的驱动下,天线绕中心旋转带动集成的微型电机产生低频交流电,并由集成的射频-低频混合整流器进行整流输出直流电。混合整流器的设计利用了二极管、电容、电感在低频和射频下不同的特性,使其对低频和射频交流电呈现不同的等效电路,用单一的混合整流器实现了传统的射频整流器和低频整流器两者的功能,有效减小了体积。当输入整流天线的其中一种能量来源消失时,整流天线还能收集其他能量为设备供电,提高了系统可靠性。此外,同时接收微波和风能两种能量时,整流二极管上叠加的两路电功率能将其带到更高效率的工作区间从而提高整流效率。通过上述对微波无线供电系统的研究,丰富了微波无线供电系统的研究与设计方法,为其未来的应用打下了一定的基础。