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面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端制造技术

技术编号:17036939 阅读:58 留言:0更新日期:2018-01-13 21:49
本发明专利技术的面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端使用微波天线接收信号,信号接入基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器进行滤波,而后依次连接自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器、低噪声放大器、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器,最终得到中频输出。AC/DC转换模块将基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器和振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器收集的三种能量转换成直流电压后储存于电池之中,充电电池与直流电源并联后,为有源电路供电。这种结构能够收集驻波能量、多余的能量和泄漏的能量,改善了电磁兼容环境,保护了低噪声放大器,防止本地振荡信号自混频,降低了功耗,提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端
本专利技术提出了一种面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端,属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
物联网被视为继计算机、互联网和移动通信网络之后的第三次信息产业浪潮,因其广阔的行业应用前景而受到各国政府的重视。作为物联网的核心组件之一的微波接收机前端,一般包括微波天线、微波滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器和中频滤波器。然而传统的微波接收机前端具有的一些弊端限制了其在物联网中的应用,比如微波接收机前端的收发组件具有很强的驻波电磁干扰,给电路处理带来麻烦;使用AGC技术控制低噪声放大器的增益使输出信号稳定的控制方式,在天线突发性接收到大的信号时,内部低噪声放大器易烧毁,可靠性不高;此外,由于本地振荡信号功率比混频结构输入的微波信号的功率大得多,会有部分本地振荡信号经混频结构泄漏到低噪声放大器,继而被阻挡产生反射波,此反射波再次与本地振荡信号混频,则会在混频结构的输出端产生直流信号,不仅会引起直流失调,还会增加直流功耗。近年来,随着MEMS技术的快速发展,并对MEMS能量收集技术和MEMS滤波器技术进行了深入的研究,使得面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端具有实现的可能。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是提供一种面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端。接收机使用微波天线接收信号,接入基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器进行滤波,同时达到驻波能量收集,减少驻波电磁干扰的目的。滤波后的信号进入自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器,再次收集多余能量,并通过自检测实现输出信号恒定,同时无需改变后端低噪声放大器的直流偏置点,使得低噪声放大器中不再需要复杂的AGC模块,提高了低噪声放大器的线性度,在微波天线突发性接收到超大的微波信号时,能有效地起到保护低噪声放大器的作用。自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器输出恒定的微波信号进入低噪声放大器放大,被放大的微波信号进入振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器,在实现传统混频的同时,消除了本地振荡信号自混频产生的直流失调,并收集混频结构泄漏的本地振荡信号的能量,混频后的信号接中频滤波器,最终实现中频输出。以上被收集的三种能量同时由AC/DC转换模块转换成直流电压后储存于充电电池中,充电电池与直流电源并联后与有源电路相连,实现有源电路的自供电。技术方案:为解决上述技术问题,本专利技术提出了一种面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端。该面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端包括:微波天线、基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器、充电电池、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器、低噪声放大器、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器、本地振荡器、中频滤波器和直流电源。微波天线,用来接收微波信号。基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器,是由LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器、第二LC可调带阻滤波器、第一AC/DC转换模块、第二AC/DC转换模块、微波信号输入端口和微波信号输出端口构成。其中第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器结构完全一样,其阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同,形成互补,第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器的通带频域与驻波信号的频域相同,可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波能量,并且能够实现滤波器滤波频段可调。充电电池,将第一AC/DC转换模块、第二AC/DC转换模块、第三AC/DC转换模块和第四AC/DC转换模块得到的直流电压能量储存在充电电池之中,同时与直流电源并联,给有源电路实现自供电。自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器,是由4个共面波导结构、2个固支梁和4个极板所构成。主信号线的输入端与地线构成CPW作为信号输入端,第一固支梁跨在此CPW的两个地线上并与主信号线间悬空形成固支梁结构,第一固支梁下方有两个下拉极板,下拉极板与固支梁形成电容结构;主信号线中部,第二固支梁与锚区形成固支梁悬于信号线上方形成耦合电容结构,第二固支梁的锚区与地线分别构成两个耦合支路的传输线CPW,第二固支梁是耦合支路的信号线,第二固支梁下方锚区和主信号线之间分别有两个下拉极板,第二锚区与地线构成的CPW接第三AC/DC转换模块;主信号线的输出端与地线构成CPW作为信号输出端。自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器把输入的微波信号处理成固定幅度的信号输出,有效的保护了后级电路,同时无需改变后端低噪声放大器的直流偏置点,使得低噪声放大器中不再需要复杂的AGC模块,提高了低噪声放大器的线性度。低噪声放大器,放大自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器输出的稳定的微波信号,并接入振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器。振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器,是由带通滤波器、第四AC/DC转换模块和混频结构所构成。混频结构为三端口网络,分别连接信号输入端口、本地振荡器信号输入端口和混频信号输出端口,带通滤波器的输入端与混频结构的输入端相连接,本地振荡器与混频结构的本地振荡信号输入端口相连,带通滤波器的输出端接第四AC/DC转换模块,第四AC/DC转换模块与充电电池相连实现能量收集。其中带通滤波器的中心频率与本地振荡信号的频率相同,可以将由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量吸收,解决了泄漏的本地振荡信号自混频的问题,并收集了由本地振荡信号经混频结构泄漏的能量,而输入信号属于带通滤波器的阻带频域,其频率处于带通滤波器的通带以外,不会通过带通滤波器,直接进入混频结构。本地振荡器,产生本地振荡信号。中频滤波器,滤波后输出中频信号。有益效果:本专利技术相对于现有的微波接收机具有以下优点:1.本专利技术的面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端中包含基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器。所述的滤波器只需要简单的控制电容式固支梁的下拉驱动电压的大小,就可以调节滤波器的滤波,操作简单。此外,本专利技术中的两个结构完全一样的LC可调带阻滤波器阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同,形成互补,LC可调带通滤波器的通带频段外的微波信号在其两端形成驻波,第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器的通带频段与驻波信号频段相同,可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波,并利用AC/DC转换模块转换成直流电压,最终存储在充电电池中,在滤波的同时,也改善了电路的电磁兼容环境;2.本专利技术的面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端包含自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器。所述的恒幅器只需要在外加直流电压驱动下,控制固支梁对不同输入功率信号的耦合程度,即可保证输出恒定幅度的信号,同时耦合的信号被AC/DC模块转换为直流电压,最终存储在充电电池中。当微波天线接收到超大的信号时,自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器把输入的微波信号处理成固定幅度的信号输出,有效的保护了后级低噪声放大器电路,提高了微波接收机前端的抗烧毁水平,此外,无需改变后端低噪声放大器的直流偏置点,使得低噪声放大器中不再需要复杂的AGC模块,提高了低噪声放大器的线性度。3.本专利技术的面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端包含振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器。所述的振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器在传统的混频结构前加了带通滤波器,带通滤波器的中心频率与本地振荡信号的频率相同,可以将由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量吸收,解决了泄漏本文档来自技高网...
面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端

【技术保护点】
面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端,其特征在于,由微波天线(1)、基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)、充电电池(3)、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)、低噪声放大器(5)、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)、本地振荡器(7)、中频滤波器(8)、中频输出(9)和直流电源(28)构成;具体结构的连接关系如下:微波天线(1)连接到基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)的输入端,基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)输出端与自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的输入端相连接,自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的输出端与低噪声放大器(5)的输入端相连接,低噪声放大器(5)的输出端连接振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的信号输入端口(32),本地振荡器(7)的输出端与振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的本地振荡信号输入端口(31)相连,振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的混频信号输出端口(33)与中频滤波器(8)输入端相连,中频滤波器的输出端得到微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号(9);基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)的AC/DC转换模块、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的AC/DC转换模块和振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的AC/DC转换模块分别连接充电电池(3);充电电池(3)与直流电源(28)并联后,为低噪声放大器(5)、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)和本地振荡器(7)提供直流能量并实现自供电;所述的基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)收集驻波的能量并储存于充电电池(3)中,改善了电磁兼容环境;自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)收集多余能量并储存于充电电池(3)中,有效的保护了后级的低噪声放大器(5),使得低噪声放大器(5)中不再需要复杂的AGC模块,提高了低噪声放大器(5)的线性度;振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)收集了由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量并储存于充电电池(3)中,避免了本地振荡信号自混频,降低了直流功耗。...

【技术特征摘要】
1.面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端,其特征在于,由微波天线(1)、基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)、充电电池(3)、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)、低噪声放大器(5)、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)、本地振荡器(7)、中频滤波器(8)、中频输出(9)和直流电源(28)构成;具体结构的连接关系如下:微波天线(1)连接到基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)的输入端,基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)输出端与自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的输入端相连接,自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的输出端与低噪声放大器(5)的输入端相连接,低噪声放大器(5)的输出端连接振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的信号输入端口(32),本地振荡器(7)的输出端与振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的本地振荡信号输入端口(31)相连,振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的混频信号输出端口(33)与中频滤波器(8)输入端相连,中频滤波器的输出端得到微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号(9);基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)的AC/DC转换模块、自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)的AC/DC转换模块和振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)的AC/DC转换模块分别连接充电电池(3);充电电池(3)与直流电源(28)并联后,为低噪声放大器(5)、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)和本地振荡器(7)提供直流能量并实现自供电;所述的基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器(2)收集驻波的能量并储存于充电电池(3)中,改善了电磁兼容环境;自检测的多余能量收集的固支梁恒幅器(4)收集多余能量并储存于充电电池(3)中,有效的保护了后级的低噪声放大器(5),使得低噪声放大器(5)中不再需要复杂的AGC模块,提高了低噪声放大器(5)的线性度;振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器(6)收集了由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量并储存于充电电池(3)中,避免了本地振荡信号自混频,降低了直流功耗。2.根据权利要求1所述的面向物联网自供电的固支梁微波接收机前端,其特征在于,基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器是由LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器(10)、第二LC可调带阻滤波器(11)、第一AC/DC转换模块(12-1)、第二AC/DC转换模块(12-2)、微波信号输入端口和微波信号输出端口构成;所述的LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器(10)、第二LC可调带阻滤波器(11)、第一AC/DC转换模块(12-1)和第二AC/DC转换模块(12-2)都为二端口网络;LC可调带通滤波器的输入端连接第一LC可调带阻滤波器(10)输入端;LC可调带通滤波器的输出端连接第二LC可调带阻滤波器(11)输入端;第一LC可调带阻滤波器(10)的输出端连接第一AC/DC转换模块(12-1)的输入端,第一AC/DC转换模块(12-1)的输出端连接充电电池(3);第二LC可调带阻滤波器(11)的输出端连接第二AC/DC转换模块(12-2)的输入端,第二AC/DC转换模块(12-2)的输出端连接充电电池(3);所述的基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器的微波信号从LC可调带通滤波器和第一LC可调带阻滤波器(10)之间的微波信号输入端口输入,从LC可调带通滤波器和第二LC可调带阻滤波器(11)之间的微波信号输出端口输出;所述的第一LC可调带阻滤波器(10)和第二LC可调带阻滤波器(11)结构完全一样,其阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同,形成互补,以收集LC可调带通滤波器两端的驻波能量。3.根据权利要求2所述的基于固支梁的驻波能量收集可调滤波器,其特征在于,所述的LC可调带通滤波器和LC可调带阻滤波器包括电容式固支梁;当传输线(13)作为微波信号输入端口,传输线(14)作为滤波器的输出端口,电容式固支梁的金属pad(16)连接地时,该电容式固支梁等效为并联电容;当传输线(13)作为微波信号输入端口,...

【专利技术属性】
技术研发人员:廖小平李成林
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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