一种基于平面倒F天线的射频能量采集系统的制作方法

本发明涉及射频能量采集系统，具体为一种基于平面倒F天线的射频能量采集系统。

背景技术：

在无线通信技术的历史时刻，射频能量收集技术应运而生，近几年来，能源的收集一直是研究界的焦点，环境中有多种能量来源，如太阳能、动能和风能。现在，可穿戴设备已经大规模普及并试图获得更广泛的可接受习性和使用性，可穿戴设备中传感器、微控制器等电路一般由电池供电，由于电池的寿命有限，需要定期充电，还可通过能量采集系统为传感器、微控制器等电路供电，能量采集系统可将电磁能转换为电能并通过储能储存能量来实现能量的采集，由于电磁射频信号不受地域和时间的限制，可以长时间供电，但是现有的能量采集系统采集频率单一，且转换效率低。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的能量采集系统采集频率单一和转换效率低的问题，提供了一种基于平面倒F天线的射频能量采集系统。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种平面倒F天线的射频能量采集系统，包括天线模块、阻抗匹配网络、升压电路、整流模块和储能模块，天线模块、阻抗匹配网络、升压电路、整流模块和储能模块依次连接，其中天线模块采用平面倒F天线，整流模块包括低通滤波器和全波整流电路，全波整流电路使用肖特基二极管作为整流管。天线模块将空间中的电磁波收集起来，经过升压电路将电压升为工作电压然后输入到整流电路中，再通过整流模块的滤波器输出为直流电压，最后利用储能模块将能量储存起来。

本发明方案优选了平面倒F天线，这种天线结构在相对体积较小的情况下，通过利用开槽技术降低了Q值，增大了带宽的同时还实现了多频能量的收集，相比于利用天线阵列或者其他的结构的天线，优势更加突出，更具有实用性，方案中还增加了阻抗匹配网络，当天线的输入阻抗与整流模块的阻抗相匹配时，天线捕获并传输最大的射频功率，全波整流电路使用肖特基二极管作为整流管，肖特基二极管具有低压降特点，能提高整流电路的效率。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为天线结构图。

具体实施方式

一种基于平面倒F天线的射频能量采集系统，包括天线模块、阻抗匹配网络、升压电路、整流模块和储能模块，天线模块、阻抗匹配网络、升压电路、整流模块和储能模块依次连接，其中天线模块采用平面倒F天线，整流模块包括低通滤波器和全波整流电路，全波整流电路使用肖特基二极管作为整流管。

平面倒F天线要集中解决在低功率、多频带输入的情况下，获得高电压转换效率。平面倒F天线（PIFA天线）的基本结构包括接地平面、辐射单元、短路金属片和同轴馈线四个部分，参考地作为反射面，辐射单元是与接地平面平行的金属片，短路金属片用于连接辐射单元和接地平面，同轴馈线用于信号传输。天线的谐振频率和辐射单元中辐射金属片的宽度L1、长度L2、短路金属片的宽度W以及辐射金属片的高度H密切相关。根据天线Q值和带宽的关系，增大带宽的途径就是降低Q值，可以增大分布电容和分布电感，从而增大带宽。利用开槽的PIFA天线辐射片改变了原先的电流路径，形成相对独立的电流回路，从而实现PIFA天线的多频工作。这种天线结构在相对体积较小的情况下，通过利用开槽技术降低了Q值，增大了带宽的同时还实现了多频能量的收集。相比于利用天线阵列或者其他的结构的天线，优势更加突出，更具有实用性。

本射频能量收集系统的关键是当天线的输入阻抗与整流器的阻抗相匹配时，天线捕获并传输最大的射频功率。若天线的阻抗与负载阻抗不匹配，只有一定量的功率是从天线转移到整流器，阻抗匹配网络应根据整流器的阻抗设计。

对于一个天线当其接收信号的射频信号功率小于-20dBm，意味着交流电压小于50mV。交流信号的最大电压比二极管阈值小得多，为了使电压能够驱动整流器，需要一个升压电路。升压电路是一种开关升压电路，它可以输出电压高于输入电压。升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。

整流模块为系统重要组成部分，因为它决定了射频信号到直流电的转换效率。整流电路由整流元件来执行交流信号到直流电的转换，低通滤波器平滑输出直流到负载（电阻）。整流模块是使用肖特基二极管作为整流管，肖特基二极管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累。利用其低压降这特点，能提高低压、大电流整流（或续流）电路的效率。