小功率射频能量采集装置制造方法及图纸

本专利公开一种模块化的微波能量采集装置，该能量采集装置包括整流天线模块和储能模块。其功能是获取环境中的射频能量，并且能在较低的接收功率条件下工作，最终将射频能量转换为直流电能储存起来。整流天线模块包括接收天线、阻抗匹配电路、整流滤波电路、升压电路。其中天线部分采用2*2天线阵列，这样在较小的体积的条件下可以获得较高的天线增益。升压电路则是基于升压器组建的自激荡DC

【技术实现步骤摘要】
小功率射频能量采集装置


[0001]本专利技术涉及射频能量采集
，具体涉及一种小功率射频能量采集装置。

技术介绍

[0002]随着我国经济快速发展及电力工业不断进步，国家投入了更多精力用于城乡电网的建设，使电网实现智能化、现代化，从而提高供电可靠性及供电电能质量，因此，对于电网中所用到的电气设备提出了更新、更高的要求，不仅要求其功能配置更加合理，更要不断往前发展，最终实现智能化，为了有效提高供配电网络可靠性，电力供应系统逐步向体积小、价格低、易维护方向发展，但是由于开关柜内部，比如电缆终端、终端接头等都是强电部分，如果使用标准供电，电源就是通过布线走线的方式进行，那么供电会存在强电和弱电的一个互相的干扰，所以，需要一个能量收集系统，通过收集空气中的微波能量，供开关柜内小功率检测单元使用，通过这种方法避免了强电弱电之间的干扰，起到一个隔离的作用。
[0003]综上所述，提出一种小功率射频能量采集装置来解决现有技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种小功率射频能量采集装置，从而解决上述问题。
[0005]了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术提供一种体积小巧，可以在低接收功率下工作，具有较高能量转换效率，有效储存能量的射频能量采集装置，本专利技术中，它包括整流天线模块和储能模块，所述装置，一端通过阵列天线收集射频能量，另一端为电源输出端，供设备使用。
[0006]所述的整流天线模块包括接收天线、阻抗匹配电路、整流滤波电路、升压电路，采用阵列单元的方法设计，采用同轴线馈电，通过SMA接头与阻抗匹配电路连接，阻抗匹配为分立参数元件匹配网络，使用 ADS仿真软件，直观的调节微带线长度，达到阻抗匹配，后接整流滤波电路，整流电路是在常规的半波整流电路基础上，将一个同型号的HSMS
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285B二极管与倍压电路的其中一只二极管并联接入，滤波器为根据七阶椭圆低通滤波器原型所设计的扇形滤波器，后接升压电路，自激荡DC
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DC 升压电路是基于LPR6235
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752SMLC型DC
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DC升压变换器，本装置使用基于 DC
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DC自谐振变压器通过 JFET驱动，这种电路的特点是自启动和自振荡，并且不需要外部提供的振荡器的电源，由于 JFET可以选择为具有接近 0V的 VDS，所以基于 JFET升压转换器可以在毫伏级的输入电压条件下工作，升压电路后接储能模块。
[0007]所述的储能模块包括基于bq25570电源管理芯片的电源管理电路，以及储能元件超级电容器，电源管理模块是基于BQ25570芯片构成的电路，芯片首先会对输入的微弱直流电能进行斩波升压，在冷启动的时候需要的电压约为600 mV ，而芯片完成冷启动过程之后就可以在更低的电压水平下正常工作（最低至100mV），为了防止对存储元件的损坏，内部设置了欠压保护和可编程的过压保护。
[0008]为了进一步严格管理其能量预算，当的电压低于预先设置的临界水平时，此模块切换电池良好标志以触发减少负载电流，以防止系统进入低电压状态，此电路经过优化，调节输出提供了从低输出电流(< 10ua)到大电流(约110ma)的高效率，且提供3.3V/5伏直流电源，电能管理电路将能量储存到超级电容中，供设备使用，超级电容具有电容的性质，理论上可以在大于 0V的压差条件开始工作，而电池需要1V
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2V压差，因此，超级电容作为储能装置是较为适合应用在本装置的低输入功率条件，输入功率本身就很低，整流电路的输出必然不高，超级电容可以将低压差的电能存储起来。
[0009]本专利技术的有益效果为：本专利技术所涉及一种模块化的小功率射频能量采集装置，通过接收天线获取环境中的射频能量，并且能在较低的接收功率条件下工作，最终将射频能量转换为直流电能储存起来，并且可以提供稳定的直流电压输出。
[0010]附图说明：图1 为本专利技术装置的阵列天线结构图；图2为本专利技术装置的整体结构示意图。
[0011]具体实施方式：
[0012]下面结合实例对本专利技术的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0013]实施例1。
[0014]结合图1、图2说明本实例，在本实例中，本专利技术所涉及一种模块化的小功率射频能量采集装置，它包括整流天线模块和储能模块；所述装置原理是通过阵列天线的方式，在较小体积的前提下达到较高的天线增益，再加上经过不断优化的匹配网络、整流滤波升压电路，使得能量转化效率得到有效提升，从而可以在较低的功率下获取能量，并且储存起来供其他设备使用。
[0015]实施例2。
[0016]结合图1说明本实施例，在本实施例中，分析天线模块等效电路，使用 Ansoft HFSS软件对该天线进行仿真，微调天线的结构尺寸，使其在特定的频段上有良好的吸波效果，实际操作中，首先将频率代入公式，可以大致求得贴片的长和宽，再通过软件扫描优化得到期望的结构，ADS仿真软件提供了 ADSMomentum模块支持微带电路仿真的功能，操作简单，对于结构简单的天线而言，仿真速度快，结果较为准确，在 ADS中建立贴片天线工程，将 layout层映射到金属层，不添加馈线，直接在宽边的中心加入一个阻抗为 50Ohm的端口，在S
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parameters选项设置端口属性，即可得到微带天线单元板图，然后加入馈线进行匹配，使用Smith Chart工具对贴片进行匹配，通过 Linecalc计算给定微带线的长和宽，最后介质选用 FR4材料，其介电常数为 4.4，损耗角正切为 0.02，厚度为 1.6mm。
[0017]结合图1、图2说明本实例，在本实例中，将阵列天线接收到的射频能量转换为直流电能的转换电路基于二极管建立，门限电压是设计选取二极管的关键指标，在高功率水平状态下，二极管的门限值影响不大，因为它相比入射电磁波的幅度而言要小很多，但是在低入射功率水平的情况下，二极管的门限电压对于电路的影响较为明显，我们选择使用零偏置的肖特基二极管，因为它的门限电压可以低至 150m V，结电容低至 0.18p F，输出直流滤波通过衰减由于 RF信号或者非线性产生高频谐波而平滑地输出 DC电压和电流，二极管
的工作频率也是一个不容忽视的系统指标，用 ADS软件将三款二极管分别连接功率源，建立输入阻抗对于不同功率电平的参数扫描，并对结果进行谐波平衡，在
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45d Bm至 0d Bm范围内，对功率源输入功率进行参数扫描仿真，通过输入阻抗公式可以得到肖特基二极管输入阻抗随输入功率的变化关系，最终选取合适的二极管，电源管理模块是基于BQ25570芯片构成的电路，芯片首先会对输入的微弱直流电能进行斩波升压，在冷启动的时候需要的电压约为600 mV ，而芯片完成冷启动过程之后就可以在更低的电压水平下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列天线的小功率射频能量采集装置，其特征包括：整流天线模块，用于接收环境中微弱的射频能量，并且经过整流升压电路将射频能量转换为直流电能，供后端电路采集；储能模块，用于将整流天线模块的直流电能采集并且储存起来，并且可以提供稳定的直流电压输出。2.根据权利要求1所述的小功率射频能量采集装置，其特征在于，所述的整流天线模块包括：2*2天线阵列、扇形滤波器、自激荡DC
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DC 升压电路；储能模块包括：电源管理模块、超级电容组。3.根据权利要求1或2所述的天线阵列，其特征在于：使用的天线阵列在15cm*15cm*5cm的体积下，增益可以达到15dB。4.根据权利要求1或2所述的扇形滤波器，其特征在于：滤波器为根据七阶椭圆低通滤波器原型所设计的扇形滤波器。5.根据权利要求1或2所述的自激荡DC
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DC 升压电路，其特征在于：整流电路是在常规的半波整流电路基础上，将一个同型号的HSMS
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285B二极管与倍压电路的其中一只二极管并联接入，并联的二极管可以抑制电路的高次谐波，同时能够提高输出电压，同时，并联二极管使得二极管的阻抗减小。6.根据权利要求5所述的自激荡DC
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DC 升压电路，其特征在于：自激荡DC
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DC 升压电路是基于LPR6235
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752SMLC型DC
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘骥，李犇鑫，王守明，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：