一种射频主动供能的能量采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电学领域，具体的是涉及一种能量采集电路。
【背景技术】
[0002]近年来，随着物联网技术和无线传感网络的发展，各种类型的传感器件得到越来越广泛的使用。解决这个问题主要方法之一就是从外部周边的环境当中获取能量并存储起来，这一过程又称为能量采集。传统的使用电池的传感器具有以下缺点:电池的寿命有限，定期更换电池会对无线传感网络的维护造成不便；在某些特定场合和极端条件下无法更换电池。它是从周围环境中将风能，太阳能，振动能，温度梯度，热电能，射频能量和声能等能量转化为电能并存储起来，实现为传感器供能。相对于其他能量源来说，射频电磁能量普遍存在于外部自然环境当中，并且能量密度较高，因此射频电磁能量采集是目前能量采集研究领域较为热门的一种能量采集方式。一种由天线、倍压电路和储能电容组成的射频能量采集系统收集周边环境中的射频能量为小功率器件供电。射频能量采集方案使用串联感应线圈对天线和负载电路进行阻抗匹配，之后用采集到的电能为无线传感标签供电。整流电路将射频能量转换为DC电压为无线传感网络供电。以上这些研究大都使用由电容和二极管级联组成的倍压整流电路对天线接收到的射频信号进行整流和升压，但是这种倍压整流电路会降低系统的功率传输效率，并且系统的功率传输效率还会随着倍压整流级联阶数的增加而继续降低，这样就无法使系统采集到的射频能量的利用率达到最大化。而现有的射频主动供能无线传感系统中存在的功率传输效率较低，无法有效驱动无线传感器收发节点工作的问题。
【发明内容】
[0003]本发明就是针对上述问题，提供一种功率传输效率高，可驱动无线传感器收发节点工作的。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括信号源Vant、电感Rant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL,其结构要点是,信号源Vant的一端与电感Rant —端相连，电感Rant的另一端与电容C1相连，电容C1的另一端与电感Rpl、电容Cpl、电感Rsl相连，电感RS1的另一端与电感L1相连，信号源Vant的另一端与Rpl、Cpl和电感L1另一端相连；电感L1与电感L2相应，电感L2的一端通过电感Rs2与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL —端相连，电感L2的另一端与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL另一端相连。
[0005]作为本发明的一种优选方案,所述的信号源Vant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL均接地。
[0006]本发明有益效果。
[0007]本发明基于射频主动供能的原理，设计了一种连接天线和负载电路的双调谐阻抗变换网络。该电路在使阻抗变换网络的初级回路和次级回路都达到谐振状态的同时，对天线和负载电路进行了阻抗匹配，降低了电路自身的能量损耗，提高了天线与负载电路之间的功率传输效率和能量存储电路的充电效率。在基站与接收端天线之间的距离为2米时，即接收端天线接收到的射频电磁波信号功率为OdBm时，对470uF的储能电容进行充电的充电效率可以达到37.6% ;在基站与接收端天线之间的距离为3米时，即接收端天线接收到的射频电磁波信号功率为-2.5dBm时，也能将470uF的储能电容在31.1s的时间内充电至3.57V，利用电能瞬间释放电路能够驱动无线传感器收发节点正常工作。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0009]如图所示，本发明采用如下技术方案，本发明包括信号源Vant、电感Rant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL,其结构要点是,信号源Vant的一端与电感Rant —端相连，电感Rant的另一端与电容C1相连，电容C1的另一端与电感Rpl、电容Cpl、电感Rsl相连，电感RS1的另一端与电感L1相连，信号源Vant的另一端与Rpl、Cpl和电感L1另一端相连；电感L1与电感L2相应，电感L2的一端通过电感Rs2与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL—端相连，电感L2的另一端与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL另一端相连。
[0010]作为本发明的一种优选方案,所述的信号源Vant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL均接地。
[0011]当阻抗变换网络达到双调谐阻抗匹配的状态时，得到的阻抗变换网络理论功率传输效率与负载阻抗的关系曲线，与实验功率传输效率与负载阻抗的关系曲线对比，反映了阻抗变换网络在达到双调谐的状态后，系统随着负载阻抗的变化经历了从阻抗失配状态到阻抗匹配状态，再到阻抗失配状态的过程。实验结果与理论推导比较相符合。阻抗变换网络的功率传输效率随着负载阻抗的增大先是呈快速增大的趋势，在达到一个最大值之后呈缓慢减小的趋势并随着负载阻抗的不断增大而持续减小。当负载阻抗为75 Ω时，阻抗变换网络的功率传输效率达到最大，为57.9%。
【主权项】
1.一种射频主动供能的能量采集电路，包括信号源Vant、电感Rant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL，其特征在于，信号源Vant的一端与电感Rant —端相连，电感Rant的另一端与电容C1相连，电容C1的另一端与电感Rpl、电容Cpl、电感Rsl相连，电感RS1的另一端与电感L1相连，信号源Vant的另一端与Rpl、Cpl和电感L1另一端相连；电感L1与电感L2相应，电感L2的一端通过电感Rs2与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL —端相连，电感L2的另一端与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL另一端相连。2.根据权利要求1所述一种射频主动供能的能量采集电路，其特征在于:所述的信号源Vant、电感Rpl、电感Rsl、电感Rs2、电感Rpl、电感Rp2、电容Cpl、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL均接地。
【专利摘要】一种射频主动供能的能量采集电路属于电学领域，具体的是涉及一种能量采集电路。本发明提供一种功率传输效率高，可驱动无线传感器收发节点工作的。本发明包括信号源Vant、电感Rant、电感Rpl、电感Rs1、电感Rs2、电感Rp1、电感Rp2、电容Cp1、电容Cp2、电容C1、电容C2和电阻ZL=RL，其结构要点是，信号源Vant的一端与电感Rant一端相连，电感Rant的另一端与电容C1相连，电容C1的另一端与电感Rpl、电容Cpl、电感Rsl相连，电感RS1的另一端与电感L1相连，信号源Vant的另一端与Rpl、Cpl和电感L1另一端相连；电感L1与电感L2相应，电感L2的一端通过电感Rs2与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL一端相连，电感L2的另一端与电感、Rp2、电容Cp2、电容C2、电阻ZL=RL另一端相连。
【IPC分类】H02J15/00
【公开号】CN105471115
【申请号】CN201410435792
【发明人】由国峰
【申请人】由国峰
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年8月31日