[发明专利]一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线传感节点供电的射频(RF)能量收集装置，特别是涉及一种利用自由空间传播的射频信号为无线传感网节点供电的射频能量收集装置。

背景技术

无线传感网(WSN)是物联网(TOT)的核心技术之一，在日常生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用，其基本单元是无线传感节点。无线传感节点供电的主要特点是低电流和恒定负载，目前主要使用一次电池，存在的问题，首先一次电池终会耗尽，更换下来的废旧电池会对环境产生污染，其次在某些应用场合中电池难以更换或者更换成本高，从而制约无线传感节点的连续工作时间。因此优化和更新现有的无线传感节点的供电方式，使其应用范围不再受一次电池工作寿命的制约，具有十分现实的意义。

发明内容

为克服上述现有无线传感节点供电技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置，其可以将自由空间传播的射频信号转化为直流能量，为无线传感网节点供电。

为达上述及其它目的，本发明提出一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置，包括：

宽带接收天线，用于接收射频信号，收集射频(RF)波的辐射功率；

阻抗匹配网络，位于宽带接收天线和射频直流(RF-DC)转换电路之间，用于保证系统以最大功率传输能量；

射频直流(RF-DC)转换电路，连接于阻抗匹配网络的输出端，采用整流器将经阻抗匹配后的射频能量转化为直流电压；

电压监控模块，位于射频直流(RF-DC)转换电路和功率管理模块之间，用于调整充到电路中的电压，并调整电荷存储装置上的电压；

电荷储存装置，位于射频直流(RF-DC)转换电路和该电压监控模块之间、电压监控模块和功率管理模块之间以及功率管理模块和被供电的无线传感节点之间；

功率管理模块，位于电压监控模块和该无线传感节点之间，并连接至射频直流(RF-DC)转换电路形成反馈环路。

进一步地，该反馈环路根据无线传感器节点的供电需求动态调整射频直流(RF-DC)转换电路的输出电压

进一步地，射频直流(RF-DC)转换电路采用多级倍压电路级联而成的射频直流(RF-DC)转换电路。

进一步地，射频直流(RF-DC)转换电路中的单级倍压电路包括1个直流(DC)输入端连接第一级浮栅晶体管的源极，第一级浮栅晶体管的漏极连接第二级浮栅晶体管的源极，第二级浮栅晶体管的漏极连接直流(DC)输出端；射频(RF)输入端连接第一电容，第一电容连接该第一级浮栅晶体管的漏极；第二级浮栅晶体管的漏极连接第二电容，第二电容的另一端接地。

进一步地，射频直流(RF-DC)转换电路的倍压级联阶数为36阶。

进一步地，宽带接收天线采用印刷电路板(PCB)上的弯折线天线，内环置于一对相匹配的外环之间，天线的一对端口位于内环。

进一步地，宽带接收天线接收天线采用4层FR4基材的PCB实现。

进一步地，电荷储存装置采用超级电容或者二次电池。

与现有技术相比，本发明提供一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置，其通过采用新型倍压电路级联而成的射频直流(RF-DC)转换电路，实现将自由空间传播的射频信号转化为直流能量，为无线传感节点供电的目的，本发明所述的阻抗匹配网络的阻抗能够程控调节，从而确保以最大功率传输能量；倍压电路中采用浮栅晶体管代替传统二极管，由于其输入阻抗极大，即具有很高的品质因数，因此射频直流(RF-DC)的转换效率很高；另外，浮栅晶体管的使用降低整流器的阈值电压，从另一个方面也提高整流效率；由于引入电压监控模块与功率管理模块，从而使无线传感节点得到更稳定的电压和功率，避免电压过高或者不足对于无线传感节点的影响。

附图说明

图1为本发明一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置的系统架构图；

图2为本发明较佳实施例之射频直流(RF-DC)转换电路中的新型倍压电路的单级倍压电路结构示意图；

图3为本发明较佳实施例之射频直流(RF-DC)转换电路中的新型倍压电路的多级倍压电路级联框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。