本发明专利技术的微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端由微波天线、固支梁LC带阻滤波器、电磁‑热‑电能量转换器、固支梁LC带通滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器、中频滤波器、充电电池和直流电源构成。微波信号由微波天线接收后通过固支梁LC带通波器进行滤波，再依次放大、混频、中频滤波后输出，干扰信号被带通滤波器反射形成的驻波会通过固支梁LC带阻滤波器，进而被电磁‑热‑电能量转换器转化为直流输出，并将能量储存于电池之中，为低噪声放大器、混频器和本地振荡器供电。该结构能够收集干扰信号的能量，避免了信号阻塞，改善了电磁兼容环境，提高了系统的稳定性；实现了微波接收前端中有源器件的自供电。
【技术实现步骤摘要】
微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端
本专利技术提出了一种微纳电磁能量收集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
微波接收机广泛应用于通信和雷达系统，是无线收发系统至关重要的组成部分。传统的微波接收机前端中，在大干扰信号下，滤波器频段外的干扰信号会形成驻波，造成信号的阻塞，污染了系统的电磁环境；同时滤波器的通带中心频率不可调，限制了接收机前端的使用范围。这些传统微波接收机前端的弊端降低了系统的稳定性。近年来，随着科学界和工业界对MEMS/NEMS技术的研究以及实验验证，使得微纳电磁能量收集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微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端。使用微波天线接收到的微波信号，接入固支梁LC带通滤波器进行滤波，同时利用固支梁LC带阻滤波器和电磁-热-电能量转换器完成大干扰信号的能量收集，减少驻波电磁干扰的目的。滤波后的信号进入低噪声放大器放大后，依次进入混频器、中频滤波器，最终实现中频输出。电磁-热-电能量转换器由纳米热电堆构成，其多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率,大大地增大输出电压。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端。该微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端包括：微波天线、固支梁LC带阻滤波器、电磁-热-电能量转换器、充电电池、直流电源、固支梁LC带通滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器和中频滤波器。微波天线，用来接收微波信号。固支梁LC带通滤波器，使得带有调制信号的载波得以通过，反射通频带外的干扰信号。其由电容式固支梁K1、电容式固支梁K2和平面电感L1、平面电感L2构成，其中电容式固支梁K1和平面电感L1一端相连构成为滤波器的输入端，电容式固支梁K1的另一端连接地，平面电感L1的另一端连接电容式固支梁K2和平面电感L2，平面电感L2的另一端接地，电容式固支梁K2另一端作为滤波器的输出端。固支梁LC带阻滤波器，由电容式固支梁K2、电容式固支梁K1和平面电感L2、平面电感L1构成，其中电容式固支梁K2和平面电感L2一端相连构成为滤波器的输入端，电容式固支梁K2的另一端连接地，平面电感L2的另一端连接电容式固支梁K1和平面电感L1，平面电感L1的另一端接地，电容式固支梁K1另一端作为滤波器的输出端。通过控制电容式固支梁K2和电容式固支梁K1的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域，其阻带的频域与固支梁LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，可以收集无法通过固支梁LC带通滤波器的干扰信号的能量。电磁-热-电能量转换器，由共面波导、终端电阻和纳米热电堆构成，共面波导作为电磁-热-电能量转换器的输入端，由终端电阻将微波能量转化为热能，而由于Seebeck效应，纳米热电堆将热能转化为直流电压输出。纳米热电堆是由多对热电偶串联而成，垂直衬底表面的N型多晶硅纳米线簇和P型多晶硅纳米线簇构成了热电偶的半导体臂。因为热量皆由热电堆的热端传递到冷端，所以热电偶在传热学上并联。为了增加纳米热电堆结构的稳定性，热电偶之间填充有聚甲基丙烯酸甲酯。充电电池，将纳米热电堆得到的直流电压能量储存在电池之中，同时与直流电源并联，给有源电路实现自供电。低噪声放大器，放大输入的微波信号，并接入混频器。混频器，通过与本地振荡器混频，将微波信号变换为中频微波信号。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：1.本专利技术的微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端实现了对接收信号的滤波、放大、混频和中频输出以及对干扰信号的能量收集。本专利技术中的固支梁LC带阻滤波器阻带的频域与固支梁LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，无法通过固支梁LC带通滤波器的干扰信号会通过固支梁LC阻带滤波器，进而被电磁-热-电能量转换器转换成直流电压，在滤波的同时，实现了对干扰信号的能量收集，也改善了电路的电磁兼容环境。2.电磁-热-电能量转换器中纳米热电堆的多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率，大大地增大输出电压，收集的能量存储在充电电池中，充电电池与直流电源并联，给有源电路部分实现自供电。附图说明图1为本专利技术的微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端的原理框图；图2是固支梁LC带通滤波器的原理图；图3是固支梁LC带阻滤波器的原理图；图4是平面电感的俯视图；图5是平面电感的AA’面剖面图；图6是电容式固支梁的俯视图；图7是电容式固支梁的BB’面剖面图；图8是电磁-热-电能量转换器的俯视图；图9是电磁-热-电能量转换器的AA’面剖面图图10是电磁-热-电能量转换器的BB’面剖面图。图中包括：微波天线1，固支梁LC带阻滤波器2，电磁-热-电能量转换器3，充电电池4，直流电源5，固支梁LC带通滤波器6，低噪声放大器7，混频器8，本地振荡器9，中频滤波器10。固支梁LC带通滤波器6和固支梁LC带阻滤波器2均由平面电感和电容式固支梁构成，平面电感由第一段传输线13、第二段传输线14、电感线圈15、第一连接支撑柱16、第二连接支撑柱17、氮化硅介质层18构成；电容式固支梁由第三段传输线19、第四段传输线20、第一锚区21、第二锚区22、固支梁23、金属pad24、第一氮化硅介质层25、第一下拉电极26、第二氮化硅介质层27、第二下拉电极28和第三氮化硅介质层29构成。电磁-热-电能量转换器3由共面波导30、终端电阻31、P型多晶硅纳米线簇32、N型多晶硅纳米线簇33、输出电极34、热端35、冷端36、衬底薄膜结构37、聚甲基丙烯酸甲酯38、金属臂39构成。具体实施方式本专利技术的微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端的具体实施方案如下：本专利技术提出微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端包括：微波天线1，固支梁LC带阻滤波器2，电磁-热-电能量转换器3，充电电池4，直流电源5，固支梁LC带通滤波器6，低噪声放大器7，混频器8，本地振荡器9，中频滤波器10。固支梁LC带通滤波器6和固支梁LC带阻滤波器2均由平面电感L1、L2和电容式固支梁K1、K2构成。如图1所示，微波天线1接收到微波信号，该信号经过固支梁LC带通滤波器6后，在实现滤波的同时，固支梁LC带通滤波器6反射形成的驻波能量会被输入端并联的固支梁LC带阻滤波器2吸收。而后信号到达下一级的低噪声放大器7，被放大的微波信号经过混频器8与本地振荡器9，使该微波信号下变频到中频，在经中频滤波器10滤波后，便可得到可以处理的中频信号。固支梁LC带阻滤波器2依次连接电磁-热-电能量转换器3、充电电池4，充电电池4与直流电源5并联后，为低噪声放大器7，混频器8和本地振荡器9提供能量。如图2所示，固支梁LC带通滤波器6由平面电感L1、平面电感L2和电容式固支梁K1、电容式固支梁K2构成。其中电容式固支梁K1的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感L1，电容式固支梁K1的金属pad连接地，平面电感L1的另一端与平面电感L2、电容式固支梁K2相连，平面电感L2的另一端接地，电容式固支梁K2的另一端悬空，电容式固支梁K2的金属pad引线作为滤波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端，其特征在于该微波接收机前端是由微波天线(1)、固支梁LC带阻滤波器(2)、电磁‑热‑电能量转换器(3)、充电电池(4)、直流电源(5)、固支梁LC带通滤波器(6)、低噪声放大器(7)、混频器(8)、本地振荡器(9)和中频滤波器(10)构成；具体结构的连接关系如下：微波天线(1)连接到固支梁LC带通滤波器(6)的输入端，固支梁LC带通滤波器(6)输出端与低噪声放大器(7)的输入相连接，低噪声放大器(7)的输出连接混频器(8)的一个信号输入端，本地振荡器(9)的输出端与混频器(8)的本地振荡信号输入端口相连，混频器(8)的输出端与中频滤波器(10)输入端相连，中频滤波器(10)的输出端输出微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号；固支梁LC带通滤波器(6)的输入端口与固支梁LC带阻滤波器(2)的输入端并联连接，固支梁LC带阻滤波器(2)的输出端连接电磁‑热‑电能量转换器(3)，电磁‑热‑电能量转换器(3)连接充电电池(4)，充电电池(4)与直流电源(5)并联后，为低噪声放大器(7)，混频器(8)，本地振荡器(9)提供能量并实现自供电；所述的电磁‑热‑电能量转换器(3)中的纳米热电堆可以高效的将未通过固支梁LC带通滤波器(6)的干扰信号的能量收集并储存于充电电池(4)中；电磁‑热‑电能量转换器(3)以Si(11)为衬底，在硅衬底(11)上氧化一层SiO2层(12)，共面波导(30)作为微波信号输入端，终端电阻(31)位于其末端，将输入的微波能量转化为热能；P型多晶硅纳米线簇(32)，N型多晶硅纳米线簇(33)，金属臂(39)和聚甲基丙烯酸甲酯(38)构成纳米热电堆，靠近终端电阻(31)的一端为热端(35)，远离终端电阻(31)的一端为冷端(36)，其中多晶硅纳米线簇含有的纳米线数量为50‑200，多晶硅纳米线由深紫外光刻形成，直径为1‑100nm，高度为2‑10um；根据Seebeck效应，由纳米热电堆将终端电阻(31)产生的热转换为电能，通过输出电极(34)输出直流电压，多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率,大大地增大输出电压。...
【技术特征摘要】
1.一种微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端，其特征在于该微波接收机前端是由微波天线(1)、固支梁LC带阻滤波器(2)、电磁-热-电能量转换器(3)、充电电池(4)、直流电源(5)、固支梁LC带通滤波器(6)、低噪声放大器(7)、混频器(8)、本地振荡器(9)和中频滤波器(10)构成；具体结构的连接关系如下：微波天线(1)连接到固支梁LC带通滤波器(6)的输入端，固支梁LC带通滤波器(6)输出端与低噪声放大器(7)的输入相连接，低噪声放大器(7)的输出连接混频器(8)的一个信号输入端，本地振荡器(9)的输出端与混频器(8)的本地振荡信号输入端口相连，混频器(8)的输出端与中频滤波器(10)输入端相连，中频滤波器(10)的输出端输出微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号；固支梁LC带通滤波器(6)的输入端口与固支梁LC带阻滤波器(2)的输入端并联连接，固支梁LC带阻滤波器(2)的输出端连接电磁-热-电能量转换器(3)，电磁-热-电能量转换器(3)连接充电电池(4)，充电电池(4)与直流电源(5)并联后，为低噪声放大器(7)，混频器(8)，本地振荡器(9)提供能量并实现自供电；所述的电磁-热-电能量转换器(3)中的纳米热电堆可以高效的将未通过固支梁LC带通滤波器(6)的干扰信号的能量收集并储存于充电电池(4)中；电磁-热-电能量转换器(3)以Si(11)为衬底，在硅衬底(11)上氧化一层SiO2层(12)，共面波导(30)作为微波信号输入端，终端电阻(31)位于其末端，将输入的微波能量转化为热能；P型多晶硅纳米线簇(32)，N型多晶硅纳米线簇(33)，金属臂(39)和聚甲基丙烯酸甲酯(38)构成纳米热电堆，靠近终端电阻(31)的一端为热端(35)，远离终端电阻(31)的一端为冷端(36)，其中多晶硅纳米线簇含有的纳米线数量为50-200，多晶硅纳米线由深紫外光刻形成，直径为1-100nm，高度为2-10um；根据Seebeck效应，由纳米热电堆将终端电阻(31)产生的热转换为电能，通过输出电极(34)输出直流电压，多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率,大大地增大输出电压。2.根据权利要求1所述的微纳电磁能量收集自供电的固支梁微波接收机前端，其特征在于所述的固支梁LC带通滤波器(6)包括平面电感L1、平面电感L2和电容式固支梁K1、电容式固支梁K2；电容式固支梁K1的第一段传输线(15)作为微波信号输入端口，第二段传输线(16)连接平面电感L1的左端输入端口，电容式固支梁K1的金属pad(20...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，陈晨，
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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