相比之下沒有那麼普遍但是正在迅速普及的則是從RF/微波信號中收集能量的方案，它可以從無線電/電視廣播站和無線設備上獲取能量。在物聯網（IoT）傳感器和射頻識別（RFID）標biao簽qian等deng低di功gong耗hao應ying用yong中zhong，這zhe種zhong能neng量liang收shou集ji方fang案an可ke以yi替ti換huan電dian池chi。重zhong複fu使shi用yong能neng量liang可ke以yi降jiang低di運yun營ying成cheng本ben，並bing提ti高gao現xian有you電dian子zi係xi統tong和he設she備bei的de能neng源yuan使shi用yong效xiao率lv。

 

從RF中獲取能量

 

RF是能量收集的豐富來源
，它正在從世界各地數十億的無線電發射器中發射而出，這些發射器包括移動電話、移動電話基站和電視/電台信號發射基站等。因此，利用射頻能量來為一些低功耗電路供電已經成為一種趨勢。

 

從RFhuoqunengliangdegainianbingbuxinxian


，erqieguochengxiangduijiandan。wuxiandianbodaodatianxianbingdaozhiqichangdushangdedianweichabianhua。gaidianweichashidedianhezailiuziyanzhetianxiandechangduyidongyishitushichangjunheng

，bingqieRF-DC集成電路能夠從這些電荷載流子的移動中捕獲能量。能量暫時存儲在電容器中
，然後用於在負載處產生所需的電位差。

 

射頻能量信號是通過天線接收的，所以天線的工作頻率必須與所接收到信號的頻率相同
，射頻信號通過天線接收後既可以用在RF-DC轉換器上又可以用在單純的RF應用上；RF-DC轉換器將RF信號轉換為DC信號
，從而可以將獲取的能量存儲在能量儲存裝置中；能量儲存裝置可以給RF-DC轉換器、RF裝置
、低功耗應用提供能量。

 

 

可以創建一個電路

，通過現成的組件為子係統執行RF到DC轉換。利用天線，無線充電線圈
，PMIC（電源管理IC）
，功率接收器芯片，激勵器發射器等的各種組合可以產生能夠從RF獲取能量的係統。

 

射頻能量信號是通過天線接收的
，所以天線的工作頻率必須與所接收到信號的頻率相同，射頻信號通過天線接收後既可以用在RF-DC轉換器上又可以用在單純的RF應用上；RF-DC轉換器將RF信號轉換為DC信號，從而可以將獲取的能量存儲在能量儲存裝置中；能量儲存裝置可以給RF-DC轉換器、RF裝置、低功耗應用提供能量。

 

 

天線

 

發射信號的天線有很多種
，如手機基站、電視信號發射塔和WIFI路由器等
；接收信號的天線則屬於射頻能量收集器的一部分
，通過它接收外界的射頻信號來進行後續工作。

 

在任何移動設備中天線的設計都是相當重要的。平麵貼片天線是一種形狀適宜、重量輕
、易於操作的天線。然而，其本身卻也不那麼小。

 

一(yi)種(zhong)減(jian)小(xiao)天(tian)線(xian)尺(chi)寸(cun)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)高(gao)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)的(de)材(cai)料(liao)上(shang)製(zhi)備(bei)貼(tie)片(pian)天(tian)線(xian)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，單(dan)個(ge)的(de)天(tian)線(xian)不(bu)能(neng)收(shou)集(ji)到(dao)足(zu)夠(gou)的(de)能(neng)量(liang)去(qu)驅(qu)動(dong)一(yi)個(ge)器(qi)件(jian)，多(duo)天(tian)線(xian)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)獲(huo)取(qu)一(yi)個(ge)更(geng)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)。

 

一yi個ge設she計ji良liang好hao的de天tian線xian應ying該gai能neng夠gou具ju有you獲huo取qu整zheng個ge頻pin帶dai能neng量liang的de功gong能neng，這zhe對dui於yu計ji算suan整zheng個ge頻pin帶dai的de能neng量liang是shi非fei常chang重zhong要yao的de。輸shu入ru射she頻pin功gong率lv密mi度du是shi在zai結jie合he了le所suo有you頻pin譜pu後hou計ji算suan出chu來lai的de。

 

 

RF-DC轉換電路

 

RF-DC轉換電路是能量收集器的核心部分，主要功能是將接收到的射頻信號轉換為直流信號。電路主要由阻抗匹配
、整流器和電源管理三部分組成。

 

通常來說用單個矽整流天線二極管為設備提供能量是遠遠不夠的
，使用多個相互連接的天線可以提供足夠的能量。

 

如圖（a）所示

，一種結構是在整流器前並聯多個天線，彙總RF信號再進行整流。在點對點的射頻係統中（窄基帶），這種結構的能量轉移是最有效的
；如圖（b）所示
，另一種結構則是每個天線對應一個整流器
，先進行整流再彙總直流信號，對於大型矽整流二極管天線和射頻能量收集（消除隨機偏振的影響），這種結構是最合適的。

 

 

能量儲存

 

在能量儲存方麵可以利用傳統的充電電池、xinxingbomodianchiyijidianrongduinengliangjinxingchucun。dandianchicunzaikechongdiancishuyouxian
，xuyaogenghuandengquedian。zhejiuxuyaokaolvcaiyongxindecunchufangan，lirushiyongchaojidianrong。chuantongchaojidianrongweidianhuaxueshuangcengdianrongqi（EDLC），這種電容已經有30多年的使用曆史了。EDLC是在必須被頻繁更換的電池與在使用封裝下無法提供足夠電荷存儲的靜電/電解電容之間的最好產品。

 

能量收集器的難點

 

設計能量收集器的難點有三個
，分別是天線、靈敏度和轉換效率。

 

就天線而言，雖然科學工作者經過多年努力已經在設計技術方麵取得了不小的成果

，但是天線的小型化、寬頻帶問題仍是射頻能量收集技術的關鍵。原因是要將其應用在較小的設備上就必須要求天線小型化
，占用空間小；其次，空間中的射頻能量比較低，所分布頻帶比較散，所以要求天線必須具有寬頻帶的特點。

 

就(jiu)靈(ling)敏(min)度(du)而(er)言(yan)，靈(ling)敏(min)度(du)決(jue)定(ding)了(le)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)器(qi)工(gong)作(zuo)的(de)最(zui)大(da)範(fan)圍(wei)。射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)比(bi)較(jiao)低(di)時(shi)，對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)收(shou)集(ji)需(xu)要(yao)靈(ling)敏(min)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)器(qi)。影(ying)響(xiang)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)因(yin)素(su)主(zhu)要(yao)有(you)：天線與整流器之間的匹配情況、整zheng流liu器qi件jian閾yu值zhi電dian壓ya的de影ying響xiang等deng。經jing科ke研yan工gong作zuo者zhe不bu斷duan努nu力li，靈ling敏min度du雖sui已yi得de到dao提ti高gao，但dan前qian提ti是shi需xu要yao使shi用yong幾ji十shi級ji的de整zheng流liu電dian路lu，這zhe就jiu導dao致zhi芯xin片pian麵mian積ji增zeng加jia
、寄生參數增加等一係列問題。

 

就(jiu)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)而(er)言(yan)
，功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)是(shi)收(shou)集(ji)器(qi)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)
，當(dang)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)能(neng)量(liang)比(bi)較(jiao)低(di)時(shi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)會(hui)迅(xun)速(su)降(jiang)低(di)。目(mu)前(qian)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)方(fang)法(fa)有(you)采(cai)用(yong)外(wai)部(bu)閾(yu)值(zhi)、內部閾值

、自閾值的補償以實現對整流MOS管進行閾值補償加快其導通速度等方法。但這些技術效果還不是很理想，需要進一步改進或者發展其他新方法。

 

射頻能量采集技術的發展現狀及應用

 

近年來,超低功耗、低(di)電(dian)壓(ya)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)及(ji)電(dian)路(lu)的(de)大(da)量(liang)出(chu)現(xian)以(yi)及(ji)現(xian)實(shi)生(sheng)活(huo)中(zhong)大(da)量(liang)不(bu)易(yi)更(geng)換(huan)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)子(zi)微(wei)係(xi)統(tong)的(de)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)，引(yin)起(qi)了(le)人(ren)們(men)對(dui)環(huan)境(jing)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)的(de)廣(guang)泛(fan)關(guan)注(zhu)。 當前，環境射頻能量收集的研究及應用主要在低功耗且不易更換電池的無線傳感網絡節點及植入式電子設備等方麵。

 

1

、無線傳感器網絡方麵的應用

 

無線傳感器網絡具有廣泛的應用價值，涉及工業、農業、水文、軍事、生物醫學等各個領域。 當前
，電池仍然是無線傳感器網絡的主要能量來源
，但是電池的壽命、尺寸以及維護和更換費用等,在某些場合是不能忍受的。 如在智能建築中，每個建築物至少有上百個的傳感器節點分布於建築體中的各個部位,用於監測溫度、亮度、人流量等參數;通過布線為這些傳感器節點提供電源,其代價是十分昂貴的，而采用電池供電主要麵臨的問題是往後如何判斷哪些節點的電池已耗盡並進行更換，這在商業上是難以接受的,而采用環境射頻能量收集技術輔以可充電電池則是其比較理想的供電方式 。

 

近幾年，環境射頻能量收集技術在低功耗、分布廣
、不易更換電池的無線傳感器網絡的應用研究取得了一些進展。

 

此外，還有不少應用環境射頻能量為低功耗無線設備提供電能的能量收集器，它們分別利用不同的射頻源，如 采用環境 GSM 信號作為射頻源， 采用環境 WiFi 信號作為射頻源。

 

2、生物醫學電子方麵的應用

 

隨著通信、計算機、傳感器以及微納電子技術等領域的研究不斷取得突破
，生物醫學電子係統正朝集成化


、微型化
、無線化及智能化等方向迅速發展；同時隨著老齡化社會的到來以及人們生活水平的提高

，各種應用需求應運而生
，生物醫學電子設備的體積更小
、功耗更低。 電(dian)池(chi)是(shi)低(di)功(gong)耗(hao)穿(chuan)戴(dai)式(shi)或(huo)植(zhi)入(ru)式(shi)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)當(dang)前(qian)的(de)主(zhu)要(yao)能(neng)量(liang)來(lai)源(yuan)，但(dan)為(wei)了(le)穿(chuan)戴(dai)的(de)舒(shu)適(shi)性(xing)或(huo)更(geng)易(yi)於(yu)植(zhi)入(ru)，自(zi)供(gong)電(dian)顯(xian)然(ran)是(shi)其(qi)最(zui)佳(jia)選(xuan)擇(ze)，不(bu)少(shao)科(ke)技(ji)工(gong)作(zuo)者(zhe)對(dui)此(ci)展(zhan)開(kai)了(le)研(yan)究(jiu)。

 

此外
，射頻能量經過收集、轉換，還可有望應用於其它可穿戴式低功耗設備、無線供電手持設備、RFID 標簽、非接觸式晶圓級測試等場合 ,具有廣闊的應用前景。

 

當前

，環境射頻能量收集技術正朝著小型化
、集成化
、陣列化
、智能化等方向發展。 智能化就是通過一定的優化算法或自適應控製技術使其效率最大化；小型化、集成化的目標是將射頻能量收集器甚至接收天線集成到用電係統芯片中。

 

 

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