基于混合环境能源的宽带能量收集器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于混合环境能源的宽带能量收集器。宽带能量收集器包括混合环境能源输入网络、整流

【技术实现步骤摘要】
基于混合环境能源的宽带能量收集器


[0001]本专利技术涉及环境混合能量回收
，尤其是一种基于电磁能、光能混合环境能源协同回收的宽带能量收集器。

技术介绍

[0002]伴随着近些年无线通信技术的飞速发展，大量的低功率无线传感器组件被广泛部署到各类场景中。为了减轻这些设备对电池的依赖，环境能量回收技术可以有效地将环境中的能量收集，实现绿色化、无人化、智能化的直流能量供给。同时，随着新一代通信技术的兴起，越来越多的无线基站已建成，自由空间环境中电磁信号的功率密度将增加。相比其他能量源，电磁能源是一种更稳定、更长期的能源，不受季节和时间的影响，能满足多数场景下的需求。
[0003]由于环境电磁能量频率分布未知，因此在环境电磁能量回收系统中，作为核心器件的整流电路若能够在低功率输入时保持宽带特性，整个系统的性能将得到极大的提升。但是，目前的宽带整流电路在低功率输入时存在着效率低下的问题，不能够适应不同的电磁能量回收场景。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中整流电路效率低、带宽窄的问题，本专利技术提供了一种基于混合环境能源的宽带能量收集器。
[0005]本专利技术实施例包括一种基于混合环境能源的宽带能量收集器，包括：
[0006]混合环境能源输入网络；所述混合环境能源输入网络包括第一端和第二端，所述第一端用于连接到第一能源，所述第二端用于连接到第二能源；
[0007]整流
‑
谐波导向网络；所述整流
‑
谐波导向网络包括第三端、第四端和第五端，从所述第三端到所述第四端单向导通，从所述第五端到所述第三端单向导通，所述第四端与所述第五端之间形成谐波导向通路；
[0008]谐波抑制网络；所述谐波抑制网络包括第一谐波抑制单元、第二谐波抑制单元、第六端、第七端、第八端和第九端，所述第一谐波抑制单元设置在所述第六端和所述第七端之间，所述第二谐波抑制单元设置在所述第八端和所述第九端之间；
[0009]所述第二端与所述第六端连接，所述第五端与所述第七端连接，所述第四端和所述第八端连接，所述第五端与所述第七端连接。
[0010]进一步地，所述第一能源为射频源，所述第二能源为光伏板。
[0011]进一步地，所述第四端与所述第五端之间依次通过传输线、第一隔直电容和传输线连接。
[0012]进一步地，所述第九端用于连接到负载。
[0013]进一步地，所述宽带能量收集器还包括匹配网络和第二隔直电容，所述匹配网络的输出端与所述第三端连接，所述匹配网络的输入端与所述第二隔直电容的一端连接，所
述第二隔直电容的另一端用于连接到射频源。
[0014]进一步地，所述匹配网络包括导线、扇形枝节、第一开路线和第二开路线，所述扇形枝节、第一开路线和第二开路线分别连接在所述导线上，所述导线的一端作为所述匹配网络的输入端，所述导线的另一端作为所述匹配网络的输出端。
[0015]进一步地，所述整流
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谐波导向网络包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极通过两段传输线连接，所述两段传输线的连接点作为所述第三端，所述第一二极管的正极作为所述第五端，所述第二二极管的负极作为所述第四端。
[0016]进一步地，所述宽带能量收集器还包括介质基板，所述混合环境能源输入网络、整流
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谐波导向网络和所述谐波抑制网络被通过微带工艺固定在所述介质基板上。
[0017]进一步地，所述介质基板的材质为Rogers R4003C，所述介质基板的厚度为0.813mm，所述介质基板的介电常数为3.38
[0018]本专利技术的有益效果是：实施例中的宽带能量收集器接收环境中的混合能量后，能够通过整流
‑
谐波导向网络进行整流；整流
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谐波导向网络能够从第二能源获取正电压偏置，从而增大低功率电磁能量输入时的整流导通角，提升能量收集器的效率；同时，利用整流
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谐波导向网络对电路中的谐波能量进行二次回收，弥补电路在高频时效率低下的缺陷，拓宽能量收集器的工作带宽；实施例中的宽带能量收集器在低功率输入时具有较高效率，能够适应不同的电磁能量回收场景。
附图说明
[0019]图1为实施例中宽带能量收集器的拓扑示意图；
[0020]图2为实施例中通过微带工艺制作出的整流
‑
谐波导向网络与谐波抑制网络的示意图；
[0021]图3为实施例中设有匹配网络的宽带能量收集器的拓扑示意图；
[0022]图4为实施例中设有匹配网络和第二隔直电容的宽带能量收集器的拓扑示意图；
[0023]图5为实施例中通过微带工艺制作出的宽带能量收集器的示意图；
[0024]图6为实施例中对图5进行组成部件标记所得的示意图；
[0025]图7为实施例中对宽带能量收集器与传统宽带整流电路的仿真效率对比示意图；
[0026]图8和图9分别为实施例中对宽带能量收集器进行仿真与测试所得的数据结果示意图。
具体实施方式
[0027]实施例1
[0028]本实施例中，参照图1，基于混合环境能源的宽带能量收集器包括混合环境能源输入网络、整流
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谐波导向网络和谐波抑制网络。其中混合环境能源输入网络包括两个端口即第一端1和第二端2，第一端1用于连接到第一能源，第二端2用于连接到第二能源，其中第一能源可以是空间环境中的射频源，第二能源可以是光能转化成的电源，即第一端1接入射频源，第二端2接入光伏板。第一端1和第二端2之间互不影响，第一端1输入的能量来自空间中的电磁能源，第二端2输入的能量来自空间中的光能源，二者共同组成宽带能量收集器的混
合环境能源输入网络。
[0029]本实施例中，整流
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谐波导向网络可以使用如图2所示的结构，包括三个端口即第三端3、第四端4和第五端5，具有如下性质：从第三端3到第四端4为单向导通，从第五端5到第三端3为单向导通；即在第三端3加高电压、在第四端4加低电压时第三端3和第四端4之间导通，在第三端3加低电压、在第四端4加高电压时第三端3和第四端4之间不导通；在第五端5加高电压、在第三端3加低电压时第五端5和第三端3之间导通，在第五端5加低电压、在第三端3加高电压时第五端5和第三端3之间不导通。同时，在第四端4和第五端5之间构造谐波导向网络，利用传输线
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电容
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传输线的结构在第四端4和第五端5之间形成谐波通路与直流开路，谐波能够从第四端4导向第五端5，流回二极管进行二次整流。
[0030]本实施例中，整流
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谐波导向网络可以使用第一二极管D1和第二二极管D2搭建组成，其结构如图2所示，其中第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极通过两段传输线连接，两段传输线的连接点作为第三端3，第一二极管D1的正极作为第五端5，第二二极管D2的负极作为第四端4。图2所示的整流<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合环境能源的宽带能量收集器，其特征在于，包括：混合环境能源输入网络；所述混合环境能源输入网络包括第一端和第二端，所述第一端用于连接到第一能源，所述第二端用于连接到第二能源；整流
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谐波导向网络；所述整流
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谐波导向网络包括第三端、第四端和第五端，从所述第三端到所述第四端单向导通，从所述第五端到所述第三端单向导通，所述第四端与所述第五端之间形成谐波导向通路；谐波抑制网络；所述谐波抑制网络包括第一谐波抑制单元、第二谐波抑制单元、第六端、第七端、第八端和第九端，所述第一谐波抑制单元设置在所述第六端和所述第七端之间，所述第二谐波抑制单元设置在所述第八端和所述第九端之间；所述第二端与所述第六端连接，所述第五端与所述第七端连接，所述第四端和所述第八端连接，所述第五端与所述第七端连接。2.根据权利要求1所述的宽带能量收集器，其特征在于，所述第一能源为射频源，所述第二能源为光伏板。3.根据权利要求1所述的宽带能量收集器，其特征在于，所述第四端与所述第五端之间依次通过传输线、第一隔直电容和传输线连接。4.根据权利要求1所述的宽带能量收集器，其特征在于，所述第九端用于连接到负载。5.根据权利要求1所述的宽带能量收集器，其特征在于，所述宽带能量收集器还包括匹配网络和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少勇，曾柏华，夏明华，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：