能量获取电路制造技术

一种具有用于从环境中接收周围能量并激励感兴趣的对象的功率存储设备的装置的站，包括一个或多个天线和用于将所述周围能量转换为直流功率以便激励所述功率存储设备的电路。用于将所述周围能量转换为直流功率的所述电路包括整流器／电荷泵。所述站的天线被调谐，以便最大化整流器／电荷泵的输出端的直流能量。所述站可以被用来激励功率存储设备，后者包括用于诸如蜂窝电话、照相机、个人数字助理等电子设备的电容器和电池。可以使用各种天线结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
射频(RF，Radio Frequency)能量的获取对射频标识(RFID，Radio Frequency Identification)、安全监测和遥感来说都是极端重要的。许多使用场合，诸如某些获取装置，可以被调谐到特定的频率(RFID)，其它使用场合利用周围能量(遥感)，其它使用场合则简单地感知频率用于安全目的。
技术介绍
在题为“Method and Apparatus for Wireless Powering andRecharging”的美国专利第6,127,799号中，已经描述了使用被辐射到自由空间的射频电磁场的再充电设备。此项专利公开了一种电池充电设计安排，在其中，可再充电的电荷存储设备被设置在射频或微波辐射场中。在该专利技术的一个方面，通过令电荷存储设备暴露于向自由空间辐射的射频电磁场，来对电荷存储设备进行充电。所述电荷存储设备包括被设置在所述设备上并且适于接收辐射的射频电磁场的一个或多个天线。一个或多个整流器被连接到所述天线，以便把接收的射频电磁场整流为直流输出电流。由所述整流器产生的直流输出电流被用来对所述电荷存储设备进行充电。所述天线可以是一个或多个偶极子天线，它们可以被组合在一起，以便形成偶极子天线元阵列的至少两个子集，其中，一个子集相对于至少一个其它子集可以以锐角或直角定向。所述天线或偶极子天线可以被放置在所述电荷存储设备的一个以上的外表面上，上述外表面互相之间形成锐角或直角。为了有效地将所述天线阵列耦合到所述辐射场，最好是，所述阵列的每一个天线元都具有约为λ/2的长度，其中，λ为射频辐射的自由空间波长。如果使用一个以上的偶极子，-->则相邻天线偶极子之间的间隔最好也是λ/2。偶极子的数目决定了所述天线阵列的功率转换效率。对于给定的线长度来说，诸如偶极子天线的谐振天线更有效，但是受到窄带宽的限制。用于通信目的的天线的大多数今天的用户期待一种工作在多个频率上而不需要天线调谐或匹配装置的天线。题为“Broadband Antenna”的美国专利第5,111,213号公开了一种宽带高频天线，其中，所述天线的整个长度(高度)都辐射射频能量。插入电阻被引入到所述天线的顶部或所述天线辐射元的内表面上。射频天线电流流过所述插入电阻，并且在同轴电缆和/或其它无源元件中继续行进可察觉的电气距离。因此，对给定的物理天线长度(高度)来说，该专利技术提供了较大的可用电辐射元长度。由Mickle等人提交的题为“Energy Harvesting Circuits andAssociated Methods”的美国专利申请第10/624,051号公开了一种能量获取电路，它具有内在的调谐天线，能量获取电路的至少某些部分被构建成向所述天线提供再生反馈，从而建立基本上大于所述物理区域的有效天线区域。现有技术所存在的一个问题是能量获取电路不能有效地获取天线的设计专用频率以外的频率上的射频能量。例如，在美国专利第6,127,799号中，所公开的构成天线阵列的偶极子被固定为吸收在特定频率范围的射频能量。所述阵列的用途是提高功率转换的效率，而不是增加待吸收的射频能量的带宽。然而，用于有效能量获取的天线要求不同于通信天线的各项特性。所需要的是专门设计用于能量获取的天线和(各种)天线形式，以便使射频能量的获取最大化。存在对能够从宽广的射频频谱中获取射频能量以便使射频能量的获取最大化的能量获取电路的需求。同样，存在对通过让天线可以被宽广地调谐到广播频率(或其它周围频率)而从宽广的射频频谱中获取射频能量以便使射频能量的获-->取最大化的能量获取电路的需求。
技术实现思路
本专利技术已经满足上述需求。如同在这里所使用的那样，术语“感兴趣的对象”意味着具有激励功率存储设备或者通过操作被连接到激励功率存储设备的任何有源或无源项。在本专利技术的一个实施例中，用于从环境中接收周围能量并且激励感兴趣的对象的功率存储设备的能量获取电路具有一个或多个天线，以及用于将所述周围能量转换为直流功率以便激励所述功率存储设备的电路。用于将所述周围能量转换为直流功率的所述电路包括一个整流器/电荷泵。所述站的天线被调谐以便最大化整流器/电荷泵输出端的直流能量。所述能量获取电路可以向移动功率存储设备提供一个装置，用于选择能提供可获取的最大能量的周围射频。这种能量获取电路可以被用来激励包括电容器和电池的功率存储设备，上述功率存储设备例如被用于诸如蜂窝电话、照相机和个人数字助理等电子设备中。使用宽带天线来最大化能量获取将使具有功率存储设备的设备能够在不同位置移动，而不需要对所述电路进行人工调谐。在一个实施例中，所述电路可以被形成为独立单元，并且在另一个实施例中，可以形成在集成电路上。所述电路可以是由多个宽带天线组成的天线阵，其中每一个天线调谐到频谱的不同部分，以便从宽广的射频频谱中获取射频能量。此外，所述电路可以是由位于同一空间中的多个宽带天线组成的天线阵，其中每一个天线调谐到所述频谱的特定部分，以便通过同一物理空间中的多个天线，最大化从给定射频频谱中获取的射频能量。此外，所述电路可以包括射频组合器或平衡—不平衡变换器，以便组合来自指向整流电路的两个或多个天线的输入信号。所述(各)天线可以采取导电线圈或例如平面基板上的补片的形-->式，或者可以是独立的部件。通过本专利技术的下列说明并参照本申请书的附图，将有助于更充分地理解本专利技术。附图说明图1是本专利技术的能量获取电路的一个实施例的示意图，它包括用于能量获取的调谐/控制系统。图2是本专利技术的天线的一个实施例的示意图，它表示3天线配置。图3是本专利技术的天线的一个实施例的示意图，它表示4天线配置。图4(a)-4(f)是一系列图，表示同一物理空间内的螺线形天线的工作。具体实施方式射频(RF，Radio Frequency)能量的初始感知或来源开始于能量获取天线。天线可以采取多种形式，但是必须精心地设计天线，以便在通信(例如调幅和调频广播、电视、无线网络)中给出最佳的性能。用于有效获取能量的天线可以具有不同于通信天线的特性。在能量获取过程中，不需要为了接收准确的信息而在某些频率中进行鉴别。因此，唯一的标准就是最大化从获取的射频能量产生直流能量的系统中的天线或天线/整流器组合的能量输出。在这个意义上，最佳天线就是在整流器/电荷泵的输出端产生最大直流能量的天线。在本公开内容的上下文中有多种类型的天线。虽然单个导体可能成为按照经典方法调谐或优化的天线，但是所述能量获取天线将包括用于增加要送往整流器的射频能量的获取(收集)的某些元件。在任何给定时间可以存在多个频率，其中，不同频率的能量可以组合在一起，以形成某种不可识别的信号，这样的信号对通信系统来说是噪声，而对简单地整流复合信号的整流器/电荷泵的输入二极管来说，是特别有吸引力的。事实上，这就是在经典调幅载波中出现的情形。从频谱上来说，-->至少出现两个频率，其中一个被检出，而另一个被忽略，或者从所述信号中被滤除。在能量获取过程中，假定所涉及的(各)二极管具有足够宽的带宽，通过转换为直流数值，“检出”或获取全部的组合信号。在不同的时间点上，作为调制信号和载频信号的函数，K sinωct和A(t)sinωm t的组合被相加和相减。因此，对于给定区域中的n个调幅无线电台(信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从环境中接收周围能量并激励感兴趣的对象的功率存储设备的远程站，包括：至少一个天线；用于将所述周围能量转换为直流功率以便激励所述功率存储设备的电路，用于将所述周围能量转换为直流功率的所述电路包括整流器／电荷泵， 以及所述天线被调谐，以便通常最大化整流器／电荷泵的输出端的直流能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-10-29 60/515,3931.一种用于从环境中接收周围能量并激励感兴趣的对象的功率存储设备的远程站，包括：至少一个天线；用于将所述周围能量转换为直流功率以便激励所述功率存储设备的电路，用于将所述周围能量转换为直流功率的所述电路包括整流器/电荷泵，以及所述天线被调谐，以便通常最大化整流器/电荷泵的输出端的直流能量。2.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述至少一个天线可以被连接到被构成用于能量获取的至少一个调谐元件或各调谐元件。3.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述至少一个天线是可以被连接的多个天线，其中，每一个天线的直流输出被串联组合，以便获得较高的电压。4.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述至少一个天线是多个天线，其中，在用于把所述发射能量转换为直流功率的电路之前，使用射频组合器或平衡—不平衡变换器来组合从所述天线获取的周围能量。5.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述至少一个天线包括被调谐到不同频率以便从宽带射频频谱中获取能量的单独的天线。6.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述天线包括每个被调谐到不同频谱以便从宽带射频频谱中获取能量的单独的宽带天线。7.根据权利要求6所述的远程站，其中，所述天线包括每个被调谐到频谱的同一部分以便从宽带射频频谱中获取能量的单独的宽带天线。8.根据权利要求1所述的远程站，其中，所述周围能量是射频功率。-->9.根据权利要求1所述的远程站，其中，每一个天线都是宽带天线系统，基本上连续覆盖大约20kHz到30MHz的射频频谱。10.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马林H米可尔，克里斯托弗C凯普利，哈罗德斯威夫特，
申请(专利权)人：匹兹堡大学高等教育联邦体系，
类型：发明
国别省市：US[美国]