一种射频能量采集器、采集器模组以及供电电路的制作方法

本技术涉及能量采集，尤指一种射频能量的采集器、采集器模组以及供电电路。

背景技术：

1、当今的科学技术正朝着智能互联的方向不断发展。大量的传感器、智能终端、边缘器件及可穿戴设备被部署在不同的应用场景，并通过通讯网络相互连接，对数据信息进行采集、计算、传输及存储。出于部署环境及成本的限制，许多上述智能器件或电路无法使用外接电源进行供电。一种常见的做法是利用电池对这些智能器件或电路供电。但由于电池的容量有限，需要定期更换，对所述智能器件或电路的工作可靠性和维护成本会带来不利的影响。

2、能量采集技术是指收集环境中存在的未被利用的能量，将其转换为电能，为智能器件或电路供电。常见的可利用的能量形式包括太阳能，风能，热能，机械能，射频信号的能量等。其中，随着近年来无线网络的快速发展，环境中存在着非常多的射频信号可用于能量采集。与其他形式的能量源相比，射频能量具有不受自然环境影响，不受器件或装置的运动状态影响，能量源24小时不间断等优点。通过能量采集技术，利用环境中存在的射频能量为所述智能器件或电路供电，可以有效地改善其工作可靠性和维护成本。

3、肖特基二极管是一种广泛使用的射频能量采集器件。理想的肖特基二极管可以看作是一个单向开关，仅允许正向电压通过，从而通过半波整流的方式将射频能量转换为直流能量。但是肖特基二极管只有在输入射频信号的功率较高时才具备良好的转换效率，而环境中存在的大量射频信号往往功率较弱，处于1uw或者更低的量级。在这种情况下，肖特基二极管的能量转换效率很低，无法有效地采集能量。

4、利用自旋电子器件来采集射频能量的方法近年来得到了广泛关注。例如，中国发明专利cn108242858a《一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置》提供了一种基于自旋电子器件的射频微波能量采集装置，包含至少一个射频微波能量转换部件，所述射频微波能量转换部件包括第一磁性层、非磁性的空间层以及磁性的能量转换层，利用巨磁阻效应(当所述空间层为金属材料时)或隧穿磁阻效应(当所述空间层为绝缘材料时)，将射频信号转换为直流电信号。

5、然而基于巨磁阻效应的能量转换器件所产生的直流电压信号通常幅度较小，为微伏特的量级。而基于隧穿磁阻效应的能量转换器件的电阻值较高，当输入微波信号的功率在1uw或更低时，其能量转换效率较低。

6、由上可见，需要一种新的射频能量采集器、采集器模组或供电电路，能够高效地对环境中存在的微弱射频能量进行采集。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种能够有效采集环境中存在的微弱射频能量的采集器、采集器模组以及供电电路，为应用于物联网、传感器、可穿戴设备等场景的集成电路和传感器提供一种高效可靠、方便快捷、低成本的供电方式。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

3、第一方面，本实用新型提供一种射频能量采集器，至少包含射频能量接收器、射频能量转换器；

4、所述射频能量接收器接收环境中存在的射频能量，并将接收到的射频能量传递给所述射频能量转换器；

5、所述射频能量转换器包含射频能量转换单元，所述射频能量转换单元包括磁性自旋阀和半导体霍尔条，所述磁性自旋阀包括垂直磁化的磁性固定层，垂直磁化的磁性自由层，以及磁性固定层和磁性自由层之间的非磁性分隔层，所述半导体霍尔条包括霍尔条主体以及位于所述霍尔条主体两侧的第一霍尔电压引脚和第二霍尔电压引脚；

6、接收射频能量后，所述磁性自旋阀和半导体霍尔条中分别对应有第一射频电流和第二射频电流通过；所述磁性自旋阀中流通的第一射频电流产生随时间变化的自旋扭矩，造成具有超顺磁性的磁性自由层的磁化方向随时间振荡变化，从而在半导体霍尔条处产生随时间振荡变化的垂直磁场，在所述振荡变化磁场以及流通于半导体霍尔条内部的第二射频电流的共同作用下，所述半导体霍尔条产生直流电压，所述直流电压通过第一霍尔电压引脚和第二霍尔电压引脚导出。

7、进一步的，构成所述非磁性分隔层的材料为金属材料，所述非磁性分隔层的厚度为2-10nm。

8、进一步的，构成所述非磁性分隔层的材料为绝缘材料，所述非磁性分隔层的厚度为0.3-1nm。

9、进一步的，所述磁性自旋阀和半导体霍尔条之间还设置有介质分隔层。

10、进一步的，所述射频能量转换器包含若干串联在一起的所述射频能量转换单元，用于提高所输出的直流电压的幅度。

11、进一步的，所述射频能量转换器包含若干射频能量转换单元组，任一所述射频能量转换单元组包含若干串联在一起的射频能量转换单元；对于射频信号的频率区间，各射频能量转换单元组之间彼此并联，降低所述射频能量转换器的阻抗并与所述射频能量接收器的阻抗相匹配；对于直流信号的频率区间，各射频能量转换单元组之间彼此串联，提高所输出直流电压的幅度。

12、进一步的，所述射频能量采集器制备在柔性材料基底上。

13、第二方面，本实用新型提供一种射频能量采集器模组，包含若干上述射频能量采集器，所述射频能量采集器之间彼此串联，用于提高所输出直流电压的幅度。

14、第三方面，本实用新型提供一种利用环境中的射频能量进行供电的电路，包含上述射频能量采集器或射频能量采集器模组，以及工作电路，所述射频能量采集器或射频能量采集器模组用于将环境中的射频能量转换为直流电压，为所述工作电路供电。

15、进一步的，所述利用环境中的射频能量进行供电的电路还包括电池电路，所述电池电路为所述工作电路供电，所述射频能量采集器或射频能量采集器模组将环境中的射频能量转换为直流电压，对所述电池电路进行充电，用于使工作电路能够长时间工作而无需更换。

16、本实用新型的有益效果在于：提供一种能够高效采集环境中微弱射频能量的采集器、采集器模组以及供电电路，所述采集器通过组合配置的磁性自旋阀和半导体霍尔条，克服了已有能量采集技术在输入射频能量为1uw或更低的情况下能量采集效率较低，产生的直流电信号较弱等不足，即使对于微弱的输入射频能量仍能够高效率地实现能量转换，极大地提高了对环境中射频能量的采集和利用能力。本实用新型中公开的技术为应用于物联网、传感器、可穿戴设备等场景的集成电路和传感器提供一种高效可靠、方便快捷、低成本的供电方式，提高集成电路和传感器工作的可靠性，降低维护成本。

技术特征：

1.一种射频能量采集器，其特征在于：至少包含射频能量接收器、射频能量转换器；

2.根据权利要求1所述的射频能量采集器，其特征在于：构成所述非磁性分隔层的材料为金属材料，所述非磁性分隔层的厚度为2-10nm。

3.根据权利要求1所述的射频能量采集器，其特征在于：构成所述非磁性分隔层的材料为绝缘材料，所述非磁性分隔层的厚度为0.3-1nm。

4.根据权利要求1所述的射频能量采集器，其特征在于：所述磁性自旋阀和半导体霍尔条之间还设置有介质分隔层。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的射频能量采集器，其特征在于：所述射频能量转换器包含若干串联在一起的所述射频能量转换单元，用于提高所输出的直流电压的幅度。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的射频能量采集器，其特征在于：所述射频能量转换器包含若干射频能量转换单元组，任一所述射频能量转换单元组包含若干串联在一起的射频能量转换单元；对于射频信号的频率区间，各射频能量转换单元组之间彼此并联，降低所述射频能量转换器的阻抗并与所述射频能量接收器的阻抗相匹配；对于直流信号的频率区间，各射频能量转换单元组之间彼此串联，提高所输出直流电压的幅度。

7.根据权利要求1所述的射频能量采集器，其特征在于：所述射频能量采集器制备在柔性材料基底上。

8.一种射频能量采集器模组，其特征在于：包含若干权利要求1-7中任一项所述的射频能量采集器，所述射频能量采集器之间彼此串联，用于提高所输出直流电压的幅度。

9.一种利用环境中的射频能量进行供电的电路，其特征在于：包含权利要求1-8中任一项所述的射频能量采集器或射频能量采集器模组，以及工作电路，所述射频能量采集器或射频能量采集器模组用于将环境中的射频能量转换为直流电压，为所述工作电路供电。

10.根据权利要求9所述的利用环境中的射频能量进行供电的电路，其特征在于：还包括电池电路，所述电池电路为所述工作电路供电，所述射频能量采集器或射频能量采集器模组将环境中的射频能量转换为直流电压，对所述电池电路进行充电。

技术总结
本技术涉及能量采集技术领域，尤指一种射频能量采集器，至少包含射频能量接收器、射频能量转换器。射频能量转换器包含射频能量转换单元，射频能量转换单元包括磁性自旋阀和半导体霍尔条。半导体霍尔条包括霍尔条主体以及位于霍尔条主体两侧的第一霍尔电压引脚和第二霍尔电压引脚，磁性自旋阀在半导体霍尔条处产生随时间振荡变化的垂直磁场，半导体霍尔条再结合流通于其内的射频电流产生直流电压，直流电压通过第一霍尔电压引脚和第二霍尔电压引脚导出。本技术还提供一种射频能量采集器模组，以及利用射频能量的供电电路。本技术对于微弱的射频能量输入仍能够高效率地实现能量转换，极大地提高了对环境中射频能量的采集和利用能力。

技术研发人员：蒋信,刘瑞盛,喻涛,李泽,简红
受保护的技术使用者：波平方科技（杭州）有限公司
技术研发日：20230726
技术公布日：2024/3/4