多射頻復(fù)合式能量采集器的設(shè)計(jì)及仿真.pdf

1、如今，隨著科學(xué)技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的普及，無(wú)線(xiàn)方便可攜帶式電子產(chǎn)品被人們大量的應(yīng)用于日常的?；钪?、工業(yè)牛產(chǎn)中以及交流通信等領(lǐng)域，它們給人們帶來(lái)了極大的便利。然而在這些方便可攜帶的電子產(chǎn)品及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)亟待解決的問(wèn)題就是如何為他們供電。比較傳統(tǒng)的做法是利用普通的電池來(lái)為他們提供電能。但由于電池自身的缺點(diǎn)，無(wú)法自我補(bǔ)充電能，所以電量十分有限，從而限制了一些電子產(chǎn)品的使用，如醫(yī)用人體內(nèi)部器官。由于無(wú)法得到能量補(bǔ)充，這些電子產(chǎn)品的使用時(shí)

2、間大大縮短。對(duì)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，由于電能的補(bǔ)充麻煩，繁瑣，如傳感器用于高空、高寒、高輻射的環(huán)境中，更增加了更換電池的難度，所以整個(gè)系統(tǒng)的利用率、可用性，壽命都受到極大的限制[3]。針對(duì)此缺陷，本文提出了一種可以同時(shí)收集多種不同頻率大小，不同強(qiáng)度大小的電磁波信號(hào)的方法，消除了這種過(guò)度依靠電池來(lái)供電而造成的不利因素。依據(jù)該理論方法而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)⑽覀兩畹目臻g環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)電磁波信號(hào)，轉(zhuǎn)化成可供負(fù)載直接使用的直流信號(hào)。當(dāng)然，也可以通過(guò)芯片的控制，

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)多射頻無(wú)線(xiàn)射頻能量收集方面資料的查詢(xún)，本課題在研究方法上實(shí)現(xiàn)了一些突破。本論文的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)完成了多射頻復(fù)合式能量采集器的電路設(shè)計(jì)。本文的多射頻復(fù)合式能量采集器是一種無(wú)源設(shè)備，它能將發(fā)射源發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電磁波能量轉(zhuǎn)變成電能給傳感器節(jié)點(diǎn)（負(fù)載）供電或者儲(chǔ)存起來(lái)。無(wú)線(xiàn)充電模塊一般主要包含多頻率電磁能量接收單元、射頻能量轉(zhuǎn)換前端單元、自動(dòng)管理單元3個(gè)部分，其中多頻率電磁能量接收單元主要

4、負(fù)責(zé)收集信號(hào)源發(fā)射的電磁波能量，并對(duì)能量進(jìn)行捕獲。射頻前端模塊主要實(shí)現(xiàn)射頻能量的收集、整流、升壓。智能管理模塊分為智能充電模塊和充電管理模塊，自動(dòng)充電單元的主要任務(wù)是控制整個(gè)電路系統(tǒng)中的信號(hào)處理以及電流模的采集、比較、判斷，自動(dòng)管理單元負(fù)責(zé)對(duì)電池充電的管理，防止充電電池過(guò)充，過(guò)放。本論文著重研究了后兩者，即射頻前端模塊和智能管理模塊。
　　 (2)設(shè)計(jì)了小信號(hào)低功耗升壓整流電路。本文在針對(duì)傳統(tǒng)整流電路閾值高、內(nèi)損大的缺陷，提出了

5、一種基于CMOS管的整流電路。這種改進(jìn)后的新型整流電路，在對(duì)小信號(hào)低壓低功耗整流升壓時(shí)，相比傳統(tǒng)橋式整流電路、倍壓升壓電路[4]，減少了功耗和電路自身（主要由于二極管）的內(nèi)消耗，這種改進(jìn)后的整流方法對(duì)于本來(lái)能量較小的射頻小信號(hào)尤其重要。改進(jìn)后的橋式整流電路幾乎可將交流小信號(hào)無(wú)損失的整流成直流信號(hào)。
　　 (3)研究了基于無(wú)線(xiàn)能量收集的智能充電模塊。由于采用的是多射頻能量收集，所以監(jiān)測(cè)不同射頻能量的大小是確保能量收集的重要指標(biāo)。本