一种多天线串联式射频能量收集器制造技术

本发明专利技术公开了一种多天线串联式射频能量收集器，由第一天线至第N天线这N个天线和第一倍压整流网络至第N倍压整流网络这N个倍压整流网络构成，N>1，其中，每个倍压整流网络为二端口网络，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络通过前一倍压整流网络的第二输出端连接后一倍压整流网络的第二输入端而实现依次串联，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端均空置，第N倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线串联式射频能量收集器的能量输出端。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线串联式射频能量收集器
本专利技术涉及生物医疗电子器械领域，具体是一种多天线串联式射频能量收集器。
技术介绍
射频能量收集是实现如植入式医疗器械等低功耗电子设备长期免维护工作的一项关键技术，其原理是通过从周围环境或特定的能量源捕获能量并将其转化为电能，经存储后提供给所述低功耗电子设备使用。目前，低功耗电子设备正朝集成化、微型化、无线化及智能化等方向迅速发展，而植入式医疗电子设备作为一种低功耗电子设备，其体积更小、功耗更低。为了适应植入式医疗电子设备的需求以及避免电池的频繁更换，射频能量无线供电是为植入式医疗电子设备无线供能的可选方案。现有的Villard射频能量收集器由单个天线和多级倍压整流网络构成，其在植入式医疗电子设备中应用存在以下局限性：1、一般来说，射频能量源的发射功率较小，由于Villard射频能量收集器只有单个接收天线，其单位时间内收集的能量也比较少，使得Villard射频能量收集器的输出电流较低；2、由于Villard射频能量收集器的单个接收天线收集的能量比较小，加之其倍压整流网络自身具有能量损耗，导致Villard射频能量收集器的系统转换效率较低。因此，需要一种新的射频能量收集器，能够提高输出电流和能量转换效率，从而能够为如植入式医疗电子设备等低功耗电子设备无线供能，避免频繁更换其电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决和克服现有Villard射频能量收集器所存在的技术问题和缺陷，提供一种多天线串联式射频能量收集器。为了实现上述目的，本专利技术提供一种多天线串联式射频能量收集器，由第一天线至第N天线这N个天线和第一倍压整流网络至第N倍压整流网络这N个倍压整流网络构成，N>1，其中，每个倍压整流网络为二端口网络，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络通过前一倍压整流网络的第二输出端连接后一倍压整流网络的第二输入端而实现依次串联，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端均空置，第N倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线串联式射频能量收集器的能量输出端。进一步的，所述N个天线选自陶瓷天线、橡胶天线或微带天线中的一种或多种。进一步的，所述N个天线均为微带天线，所述微带天线均使用FR_4作为介质基板，其介电常数Er为4.4，损耗正切角为0.02，厚度为2.54mm。进一步的，所述微带天线采用蛇形曲流设计结构，包括首端的矩形金属微带线部分以及续接在所述矩形金属微带线一侧的蛇形弯绕部分，所述蛇形弯绕部分由多个上部的蜿蜒段、多个下部的蜿蜒段以及连接在相应的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之间的竖直段组成。进一步的，所述矩形金属微带线部分的输入阻抗为50Ω，宽度和长度分别取值1.8mm和2mm。进一步的，所述蛇形弯绕部分与所述矩形金属微带线一侧的续接微带线长度为1.5mm，所述续接微带线上设有圆形馈电点，所述圆形馈电点的直径为0.8mm。进一步的，所述蛇形弯绕部分的上部的蜿蜒段宽度和下部的蜿蜒段的宽度均为0.5mm，且相邻的上部的蜿蜒段之间的间隙和相邻的下部的蜿蜒段之间的间隙均为0.3mm；所述蛇形弯绕部分上部的蜿蜒段的高度为1mm，所述下部的蜿蜒段的高度为1.6mm，连接在相对应的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之间的竖直段的高度为3mm。进一步的，所述N个倍压整流网络均相同。进一步的，所述倍压整流网络由两个电容和两个肖特基二极管或两个场效应管组成，具体电路连接为：第一个电容的一端为该倍压整流网络的第一输入端，另一端连接第一个肖特基二极管的阴极和第二个肖特基二极管的阳极，所述第一个肖特基二极管的阳极作为该倍压整流网络的第二输入端，并通过第二个电容和第二个肖特基二极管的阴极相连，第二个肖特基二极管的阳极作为该倍压整流网络的第一输出端，第二个肖特基二极管的阴极作为该倍压整流网络的第二输出端；当所述肖特基二极管采用具有低阈值或开启电压的场效应管代替时，需将场效应管的栅极和漏极连接到一起，充当肖特基二极管的阳极，而场效应管的源极充当肖特基二极管的阴极。进一步的，所述肖特基二极管为选用Avago公司的HSMS-282x、HSMS-285x和HSMS-286x中的任一种甚高频肖特基二极管。所述电容采用贴片电容，取值10pF。与现有技术相比，本专利技术的多天线串联式射频能量收集器具有以下有益效果：1、本专利技术的多天线串联式射频能量收集器采用多天线以及串联的多级倍压整流网络接收能量，所以其输出电压比只具有单天线的Villard射频能量收集器高；2、本专利技术的多天线串联式射频能量收集器采用多天线串联来收集能量，所以其能量转换效率比只具有单天线的Villard射频能量收集电路高。3、本专利技术的多天线串联式射频能量收集器，由于其输出电流和能量转换效率均相对较高，从而能够为如植入式医疗电子设备等低功耗电子设备无线供能，避免频繁更换其电池。附图说明图1是本专利技术具体实施例的多天线串联式射频能量收集器的系统框图；图2是本专利技术具体实施例的多天线串联式射频能量收集器的具体电路图；图3为本专利技术具体实施例的多天线串联式射频能量收集器的天线结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，介绍一种多天线串联式射频能量收集器的具体实现方法。应当说明该实施例仅用于解释本专利技术，本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。本专利技术提供一种多天线串联式射频能量收集器，由第一天线至第N天线这N个天线和第一倍压整流网络至第N倍压整流网络这N个倍压整流网络构成，N>1，其中，每个倍压整流网络为二端口网络，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络通过前一倍压整流网络的第二输出端连接后一倍压整流网络的第二输入端而实现依次串联，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端均空置，第N倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线串联式射频能量收集器的能量输出端。具体地，请参考图1，所述第一天线与所述第一倍压整流网络的第一输入端1相连，所述第一倍压整流网络的第二输入端2接地，所述，第一倍压整流网络的第一输出端3空置，第一倍压整流网络的第二输出端4连接至所述第二倍压整流网络的第二输入端2；第二倍压整流网络的第一输入端1与第二天线相连，第二倍压整流网络的第一输出端3空置，第二倍压整流网络的第二输出端4连接至第三倍压整流网络的第二输入端2；依理，所述第三至第N天线和第三至第N倍压整流网络的连接方式与所述第二天线和第二倍压整流网络的连接方式相同，从而实现第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的串联，所述第N倍压整流网络的第二输出端4输出N个天线收集的能量。其中，所述N个天线选自陶瓷天线、橡胶天线或微带天线中的一种或多种，可以相同，也可以不同，所述N个倍压整流网络可以完全相同，也可以不同。每个倍压整流网络可以由两个电容和两个肖特基二极管组成，具体地电路连接为：第一个电容的一端为该倍压整流网络的第一输入端1，另一端连接第一个肖特基二极管的阴极和第二肖特基二极管的阳极，所述第一个肖特基二极管的阳极作为该倍压整流网络的第二输入端2，并通过第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，由第一天线至第N天线即N个天线，和第一倍压整流网络至第N倍压整流网络即N个倍压整流网络构成，N>1，其中，所述倍压整流网络为二端口网络，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络通过前一倍压整流网络的第二输出端连接后一倍压整流网络的第二输入端而实现依次串联，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端均空置，第N倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线串联式射频能量收集器的能量输出端。

【技术特征摘要】
1.一种多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，由第一天线至第N天线即N个天线，和第一倍压整流网络至第N倍压整流网络即N个倍压整流网络构成，N>1，其中，所述倍压整流网络为二端口网络，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络通过前一倍压整流网络的第二输出端连接后一倍压整流网络的第二输入端而实现依次串联，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端均空置，第N倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线串联式射频能量收集器的能量输出端。2.根据权利要求1所述的多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，所述N个天线选自陶瓷天线、橡胶天线或微带天线中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，所述N个天线均为微带天线，所述微带天线均使用FR_4作为介质基板，其介电常数Er为4.4，损耗正切角为0.02，厚度为2.54mm。4.根据权利要求1所述的多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，所述微带天线采用蛇形曲流设计结构，包括首端的矩形金属微带线部分以及续接在所述矩形金属微带线一侧的蛇形弯绕部分，所述蛇形弯绕部分由多个上部的蜿蜒段、多个下部的蜿蜒段以及连接在相应的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之间的竖直段组成。5.根据权利要求4所述的多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，所述矩形金属微带线部分的输入阻抗为50Ω，宽度和长度分别取值1.8mm和2mm。6.根据权利要求4所述的多天线串联式射频能量收集器，其特征在于，所述蛇形弯绕部分与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李效龙，袁鼎峰，汪建荣，孙利成，苏胤杰，解志斌，李垣江，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32