基于AM/FM以及电视信号的空间电磁能量收集系统及方法与流程

本发明属于存储电能的系统技术领域，尤其涉及一种基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统及方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着微机电系统及低功耗电子技术的发展，市场上出现了越来越多的小型、低功耗的手持移动设备。相应地，这些设备需要紧凑、低能耗和重量轻的能量供应方式。一种可持续、无需人工维护、对环境友好的供电方式。其中，能量收集技术在近几年受到了人们的广泛关注。能量收集是一种将环境周围分布式能量进行收集并转换成可使用电能的技术。其中可收集的分布式能量有太阳能、热能、振动和电磁波等多种形式。随着无线传感网络应用的普及，能量收集技术作为一种可持续、环保的供电方式，受到了越来越广泛的关注。近年来，无线传感网络在灾害管理、基础设施监控许多领域得到应用。生活的环境中存在着越来越多的无线电磁波能量，例如：wifi、蓝牙、rf射频、gsm网络、广播、电视等等。如何将这些空间的电磁波能量进行收集并有效利用、转换成为电能供给低功耗的产品使用，或者对使用可充电电池的产品、对电池进行充电具有很现实的意义，不仅可以节约能源，还可以免去传统充电器的束缚和使用上的麻烦。现有技术一公开了一种rf能量收集器，通过rf接收端电路持续接收空间中的无线电波信号，并通过倍压电路对该信号电压进行倍压，后端的微型能量收集器再从rf接收端电路中有效持续地进行能量收集，能量采集过程中微型能量收集器在rf接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并持续将能量存储于超级电容器、锂离子电池等储能器件中。微型能量收集器能在rf接收端电路的输出电压大于80mv时持续工作，实现能量有效回收，提高回收率没有针对特有的频段，其具体收集频段不固定，无电源管理模块。无负载模块，没有说明具体如何实现能量的输出；现有技术二公开了一种rf-dc转换器，其能从接收的无线电波能量对电池进行充电或给电路供电。对于远场应用，接收的rf能量是非常小的，所以转换器必须具有高灵敏度。四个电容器阵列被布置成两排。缓冲rf信号泵送电荷给电容器的下极板。每排中的一系列l-开关连接在该排两个电容器阵列之间。每个l-开关都有一个预充电开关和一个级转换开关，预充电开关对该级的输入电容器进行充电，级转换开关将电荷从该级的输入电容转移到该级的输出电容器。两排开关交替预充电和泵送电荷，左排泵送电荷时右排就预充电。开关是由衬底连接其源极或通过衬底控制信号有效驱动衬底的晶体管来实现。一排可以使用n沟道晶体管，另一排使用p沟道晶体管。栅极电压会被提升；没有针对特有的频段，主要讲述rf-dc实现电路，与本发明专利不大相关。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前电磁波能量不可回收，针对空间中应用广泛的am/fm以及电视信号进行回收利用，提供给负载使用。

解决上述技术问题的难度和意义：如何将空间中的电磁能量进行回收；怎样将回收的能量重新提供给负载使用；意义：实现能量的重复利用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统，所述基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统包括：

能量源，用于发射am/fm以及电视信号的空间电磁能量；

能量收集模块，用于收集分散在空中的am/fm以及电视信号的空间电磁能量；

负载模块，用于消耗能量收集模块收集转化后的电能。现阶段负载可采用但不限于小于70μw的低功耗传感器、无源rfid等。

所述能量收集模块进一步包括：天线、匹配网络电路、整流倍压电路、电源管理模块。

天线：天线衬底采用专业的玻璃增强碳氢化合物/陶瓷，例如rogers4350b，可提供严格的介电常数和低损耗控制，其相对介电常数为3.48，可制成尺寸小于40mm的天线。综合考虑，这种材料具有成本低、损耗小、尺寸小的优势。

匹配网络单元：包括电容c1以及电感l1，其连接方式如图5所示。

整流倍压模块：包括8个二极管，6个电容，其连接方式如图6所示。将输入的交流变化为直流，并将转化后的无线信号提高到一定的预设值。

电源管理单元：可优选ti的bq25570电源管理芯片。其具有升压充电器和毫微功耗降压转换器的超低功耗采集器电源管理集成电路。可将能量存储在可再充电锂离子电池、薄膜电池、超大电容器或传统电容器中，或直接供给负载使用。

进一步，所述匹配网络电路电感l1与电容c1并联。

本发明的另一目的在于提供一种用于所述的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集方法，所述基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集方法包括：

步骤一，能量收集模块中的天线持续收集分散在空中的am/fm以及电视信号的空间电磁能量，并通过匹配网络模块实现阻抗匹配后；

步骤二，利用整流倍压模块，将天线接收到的射频信号变为直流信号，并将转化后的无线信号提高到一定的预设值，并将满足预设值的无线信号发送至负载，供负载使用；为负载提供电源。

能量收集模块中的天线持续收集分散在空中的am/fm以及电视信号的空间电磁能量，并通过匹配网络模块实现阻抗匹配后，利用整流倍压模块，将天线接收到的射频信号变为直流信号，并将转化后的无线信号提高到一定的预设值，并将满足预设值的无线信号发送至负载，供负载使用。为负载提供电源。目前可以满足功耗小于70μw的低功耗传感器或无源rfid等。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统的无线传感网络控制系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明能够实现系统能量自给，保证系统持续不间断的工作，不受能量不足的影响；同时实现能量的循环利用，节约资源。本发明实现空间电磁能量的回收；针对空间中应用广泛的am/fm以及电视信号进行回收利用；实现能量的循环利用；为低功耗负载提供能量。将空间中广泛存在的am/fm以及电视信号的电磁能量进行收集利用，实现能量的循环利用，节约资源。使设备不受限于电量不足的影响，易于设备的小型化、集成化发展。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统结构示意图；

图中：1、能量源；2、能量收集模块；3、负载模块。

图2是本发明实施例提供的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集方法流程图。

图3是本发明实施例提供的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统原理示意图。

图4是本发明实施例提供的能量收集模块结构框图。

图5是本发明实施例提供的匹配网络电路图。

图6是本发明实施例提供的整流倍压模块电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集系统包括：能量源1、能量收集模块2、负载模块3。

能量源1，用于发射am/fm以及电视信号的空间电磁能量；

能量收集模块2，用于收集分散在空中的am/fm以及电视信号的空间电磁能量；

负载模块3，用于消耗能量收集模块收集转化后的电能。现阶段负载可采用但不限于小于70μw的低功耗传感器、无源rfid等。

如图2所示，本发明实施例提供的基于am/fm以及电视信号的空间电磁能量收集方法包括以下步骤：

s201：能量收集模块中的天线持续收集分散在空中的am/fm以及电视信号的空间电磁能量，并通过匹配网络模块实现阻抗匹配后；

s202：利用整流倍压模块，将天线接收到的射频信号变为直流信号，并将转化后的无线信号提高到一定的预设值，并将满足预设值的无线信号发送至负载，供负载使用；为负载提供电源。

目前可以满足功耗小于70μw的低功耗传感器或无源rfid等。

如图4所示，能量收集模块2进一步包括：天线、匹配网络电路、整流倍压电路、电源管理模块。

如图5所示，匹配网络电路电感l1与电容c1并联；

如图6所示，整流倍压模块电路由八个二极管、六个电容组成。

采用本发明的电路结构，可实现低功耗电量的输出，点亮led灯，以实验验证方案的可行性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。