[发明专利]一种MEMS电场传感器及其无线供能系统与方法

权利要求书

1.一种MEMS电场传感器的无线供能系统，包括信号源、功率放大器、发射天线和MEMS电场传感器；其中：

所述信号源，用于提供能量信号；

所述功率放大器，用于将来自信号源的能量信号功率放大；

所述发射天线，用于将能量以无线信号的方式发送传播；

其特征在于：

所述MEMS电场传感器包括接收天线，电源后端处理电路和负载；

所述接收天线用于接收所述无线信号并转换为相应电能；

所述电源后端处理电路对所述相应电能进行一系列的整流、滤波，用以将所述相应电能的电压、电流转换为满足所述负载所需的电压、电流的电能形式后，稳压输出，供应所述负载的能量。

2.如权利要求1所述的无线供能系统，其中所述MEMS电场传感器进一步包括外壳，所述外壳的上表面和下表面为金属板，用于积累离子流中的电荷；所述金属板内侧为绝缘材料；四周为所述接收天线，利用所述绝缘材料将所述金属板和所述接收天线电气隔离；所述外壳内部设置所述电源后端处理电路，所述电源后端处理电路与所述接收天线电性耦接，用于将所述接收天线接收到的信号能量转化为外壳内部设置的负载所需要的电压、电流形式。

3.如权利要求2所述的无线供能系统，其中所述负载包括MEMS电场测量芯片和信号处理电路，所述MEMS电场测量芯片与所述电源后端处理电路电性耦接，用于实现电场强度的测量；所述信号处理电路与所述MEMS电场测量芯片、所述电源后端处理电路电性耦接，用于将所述MEMS电场测量芯片的测量结果进行放大、滤波然后进行输出。

4.如权利要求1所述的无线供能系统，其中所述接收天线为开槽的矩形微带贴片天线，包括底部的金属板，表面的金属贴片，和位于中间的介质材料；所述金属贴片长度设置为1.5λ，其中λ为天线谐振功率对应的波长，使所述矩形微带贴片天线工作在高TM模式；在所述金属贴片上设置缝隙，形成开槽。

5.如权利要求6所述的无线供能系统，其中所述接收天线工作在较高的频率段，所述介质材料为高介电常数的介质材料。

6.一种MEMS电场传感器的无线供能系统的无线供能方法，所述无线供能系统包括信号源、功率放大器、发射天线和MEMS电场传感器；其特征在于：

所述MEMS电场传感器包括接收天线，电源后端处理电路和负载；

方法步骤包括：

1)、所述信号源发生能量信号，所述能量信号经过功率放大器放大；

2)、放大后的信号经过所述发射天线转换为高频电磁波发出，所述高频电磁波在自由空间中传播；

3)、所述MEMS电场传感器的接收天线接收所述高频电磁波，并转为了相应电能；

4)、所述电源后端处理电路将接收的所述相应电能经过一系列的整流、滤波，用以将所述相应电能的电压、电流转换为满足所述负载所需的电压、电流的电能形式后，稳压输出，供应所述负载的能量需要。

7.如权利要求6所述的无线供能方法，其中所述MEMS电场传感器进一步包括外壳，所述外壳的上表面和下表面为金属板，用于积累离子流中的电荷；所述金属板内侧为绝缘材料；四周为所述接收天线，利用所述绝缘材料将所述金属板和所述接收天线电气隔离；所述外壳内部设置所述电源后端处理电路，所述电源后端处理电路与所述接收天线电性耦接，用于将所述接收天线接收到的信号能量转化为外壳内部设置的负载所需要的电压、电流形式。

8.如权利要求7所述的无线供能方法，其中所述负载包括MEMS电场测量芯片和信号处理电路，所述MEMS电场测量芯片与所述电源后端处理电路电性耦接，用于实现电场强度的测量；所述信号处理电路与所述MEMS电场测量芯片、所述电源后端处理电路电性耦接，用于将所述MEMS电场测量芯片的测量结果进行放大、滤波然后进行输出。

9.如权利要求6所述的无线供能方法，其中所述接收天线为开槽的矩形微带贴片天线，包括底部的金属板，表面的金属贴片，和位于中间的介质材料；所述金属贴片长度设置为1.5λ，其中λ为天线谐振功率对应的波长，使所述矩形微带贴片天线工作在高TM模式；在所述金属贴片上设置缝隙，形成开槽。

10.如权利要求9所述的无线供能方法，其中所述接收天线工作在较高的频率段，所述介质材料为高节点常数的介质材料。