[发明专利]基于射频和太阳能的混合能量收集器

说明书

本发明属于能量收集和能量转换技术，涉及一种射频和太阳能协同工作的混合能量收集器，包括：整流电路(1)和接收天线(2)，其特征是，所述的整流电路(1)由第一介质基板(3)、第一金属地板(4)、匹配电路(5)、偏置电路(6)、整流拓扑结构(7)和接地柱(8)构成。它改善了整流二极管的工作状态，实现了对太阳能和射频能量的收集。本发明能同时收集射频和太阳能，两种能量源可以优势互补，可以提高整流效率，在获得更多能量的同时，能量采集系统的稳定性和连续性也会大大提高。

技术领域

本发明属于能量收集和能量转换技术，涉及一种射频和太阳能协同工作的混合能量收集器，可用于自供电系统和多节点无线传感网络。

背景技术

收集环境能量的相关技术对于自供电系统和免电池系统非常重要。能量收集系统通过前端高灵敏的能量收集器，从环境或特定的能量源中收集较为微弱的能量，利用低功耗的后端整流电路将其转换为电能，提供给相关电子设备使用。目前常用的能量源有：射频能量、热能、动能以及太阳能等。

目前研制的能量采集系统一方面针对单一的能量源进行采集，如环境中的射频信号,但其能量密度较低，不利于能量收集。Y.Huang发表在IEEE上的论文“Novel Compactand Broadband Frequency-Selectable Rectennas for a Wide Input-Power and LoadImpedance Range”中提出了一种适用于不同频带、不同输入功率和不同负载的整流天线，且使用较简单的匹配网络实现，具有一定的优势。当输入射频功率从-20dBm到-10dBm时，其整流效率小于30％，故在低输入功率的情况下，需要进一步改善。

另一方面对热能和射频能量进行混合能量收集，K.Wu发表在IEEE上的论文“Collaboratively Harvesting Ambient Radiofrequency and Th ermal Energy”一文中，利用温度差产生的能量为整流二极管提供一定的偏置电压，从而使整流电路在低输入功率下，具有高的整流效率，这一设计思路具有启发意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供了一种基于射频和太阳能的混合能量收集器，旨在保证正常收集环境中太阳能的情况下，实现对射频能量的收集以及提高整流效率的特性。

本发明是通过下述技术方案实现的，一种基于射频和太阳能的混合能量收集器，包括：整流电路(1)和接收天线(2)，其特征是，所述的整流电路(1)由第一介质基板(3)、第一金属地板(4)、匹配电路(5)、偏置电路(6)、整流拓扑结构(7)和接地柱(8)构成，第一介质基板(3)的上表面印制有整流电路(1)的微带部分，下表面印制有第一金属地板(4)，材质均为铜；所述匹配电路(5)是由一段矩形微带线(51)并联短路枝节(52)，再将矩形微带线(51)的末端串联于一段锥形微带线(53)构成，短路枝节(52)通过第一接地柱(81)与第一金属地板(4)相连；匹配电路(5)、偏置电路(6)和整流拓扑结构(7)之间用一段微带线相连接，偏置电路(6)和整流拓扑结构(7)中包含的元器件也用一段微带线相连接；所述接地柱(8)包括第一接地柱(81)、第二接地柱(82)、第三接地柱(83)、第四接地柱(84)和第五接地柱(85)。

所述的接收天线(2)包括第二介质基板(9)、L型馈电(10)、第二金属地板(11)和辐射贴片(12)，第二介质基板(9)上表面印制有接收天线(2)的L型馈电(10)、第二金属地板(11)和辐射贴片(12)，材质均为铜，其中L型馈电(10)和第二金属地板(11)构成共面波导结构。

所述的匹配电路(5)中矩形微带线(51)、短路枝节(52)和锥形微带线(53)较宽一端的宽度wa为2mm-3mm,锥形微带线(53)较窄一端的宽度wb为0.3mm-0.7mm；矩形微带线(51)的长度la为15mm-18mm,短路枝节(52)的长度lb为6mm-9mm,锥形微带线(53)的长度lc为4mm-6mm。