一種基于平面倒F天線的射頻能量采集系統的制作方法

本發明涉及射頻能量采集系統，具體為一種基于平面倒F天線的射頻能量采集系統。

背景技術：

在無線通信技術的歷史時刻，射頻能量收集技術應運而生，近幾年來，能源的收集一直是研究界的焦點，環境中有多種能量來源，如太陽能、動能和風能。現在，可穿戴設備已經大規模普及并試圖獲得更廣泛的可接受習性和使用性，可穿戴設備中傳感器、微控制器等電路一般由電池供電，由于電池的壽命有限，需要定期充電，還可通過能量采集系統為傳感器、微控制器等電路供電，能量采集系統可將電磁能轉換為電能并通過儲能儲存能量來實現能量的采集，由于電磁射頻信號不受地域和時間的限制，可以長時間供電，但是現有的能量采集系統采集頻率單一，且轉換效率低。

技術實現要素：

本發明為了解決現有的能量采集系統采集頻率單一和轉換效率低的問題，提供了一種基于平面倒F天線的射頻能量采集系統。

本發明是采用如下的技術方案實現的：一種平面倒F天線的射頻能量采集系統，包括天線模塊、阻抗匹配網絡、升壓電路、整流模塊和儲能模塊，天線模塊、阻抗匹配網絡、升壓電路、整流模塊和儲能模塊依次連接，其中天線模塊采用平面倒F天線，整流模塊包括低通濾波器和全波整流電路，全波整流電路使用肖特基二極管作為整流管。天線模塊將空間中的電磁波收集起來，經過升壓電路將電壓升為工作電壓然后輸入到整流電路中，再通過整流模塊的濾波器輸出為直流電壓，最后利用儲能模塊將能量儲存起來。

本發明方案優選了平面倒F天線，這種天線結構在相對體積較小的情況下，通過利用開槽技術降低了Q值，增大了帶寬的同時還實現了多頻能量的收集，相比于利用天線陣列或者其他的結構的天線，優勢更加突出，更具有實用性，方案中還增加了阻抗匹配網絡，當天線的輸入阻抗與整流模塊的阻抗相匹配時，天線捕獲并傳輸最大的射頻功率，全波整流電路使用肖特基二極管作為整流管，肖特基二極管具有低壓降特點，能提高整流電路的效率。

附圖說明

圖1為本發明系統結構示意圖。

圖2為天線結構圖。

具體實施方式

一種基于平面倒F天線的射頻能量采集系統，包括天線模塊、阻抗匹配網絡、升壓電路、整流模塊和儲能模塊，天線模塊、阻抗匹配網絡、升壓電路、整流模塊和儲能模塊依次連接，其中天線模塊采用平面倒F天線，整流模塊包括低通濾波器和全波整流電路，全波整流電路使用肖特基二極管作為整流管。

平面倒F天線要集中解決在低功率、多頻帶輸入的情況下，獲得高電壓轉換效率。平面倒F天線（PIFA天線）的基本結構包括接地平面、輻射單元、短路金屬片和同軸饋線四個部分，參考地作為反射面，輻射單元是與接地平面平行的金屬片，短路金屬片用于連接輻射單元和接地平面，同軸饋線用于信號傳輸。天線的諧振頻率和輻射單元中輻射金屬片的寬度L1、長度L2、短路金屬片的寬度W以及輻射金屬片的高度H密切相關。根據天線Q值和帶寬的關系，增大帶寬的途徑就是降低Q值，可以增大分布電容和分布電感，從而增大帶寬。利用開槽的PIFA天線輻射片改變了原先的電流路徑，形成相對獨立的電流回路，從而實現PIFA天線的多頻工作。這種天線結構在相對體積較小的情況下，通過利用開槽技術降低了Q值，增大了帶寬的同時還實現了多頻能量的收集。相比于利用天線陣列或者其他的結構的天線，優勢更加突出，更具有實用性。

本射頻能量收集系統的關鍵是當天線的輸入阻抗與整流器的阻抗相匹配時，天線捕獲并傳輸最大的射頻功率。若天線的阻抗與負載阻抗不匹配，只有一定量的功率是從天線轉移到整流器，阻抗匹配網絡應根據整流器的阻抗設計。

對于一個天線當其接收信號的射頻信號功率小于-20dBm，意味著交流電壓小于50mV。交流信號的最大電壓比二極管閾值小得多，為了使電壓能夠驅動整流器，需要一個升壓電路。升壓電路是一種開關升壓電路，它可以輸出電壓高于輸入電壓。升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。

整流模塊為系統重要組成部分，因為它決定了射頻信號到直流電的轉換效率。整流電路由整流元件來執行交流信號到直流電的轉換，低通濾波器平滑輸出直流到負載（電阻）。整流模塊是使用肖特基二極管作為整流管，肖特基二極管僅用一種載流子（電子）輸送電荷，在勢壘外側無過剩少數載流子的積累。利用其低壓降這特點，能提高低壓、大電流整流（或續流）電路的效率。