多射頻復(fù)合式能量采集器的設(shè)計及仿真.pdf

1、如今，隨著科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達，無線網(wǎng)絡(luò)的普及，無線方便可攜帶式電子產(chǎn)品被人們大量的應(yīng)用于日常的牛活中、工業(yè)牛產(chǎn)中以及交流通信等領(lǐng)域，它們給人們帶來了極大的便利。然而在這些方便可攜帶的電子產(chǎn)品及無線網(wǎng)絡(luò)中，一個亟待解決的問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為他們提供電能。但由于電池自身的缺點，無法自我補充電能，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。由于無法得到能量補充，這些電子產(chǎn)品的使用時

2、間大大縮短。對于無線網(wǎng)絡(luò)，由于電能的補充麻煩，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，所以整個系統(tǒng)的利用率、可用性，壽命都受到極大的限制[3]。針對此缺陷，本文提出了一種可以同時收集多種不同頻率大小，不同強度大小的電磁波信號的方法，消除了這種過度依靠電池來供電而造成的不利因素。依據(jù)該理論方法而設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)⑽覀兩畹目臻g環(huán)境中的無線電磁波信號，轉(zhuǎn)化成可供負載直接使用的直流信號。當然，也可以通過芯片的控制，

3、來實現(xiàn)能量的存儲。經(jīng)過長時間對多射頻無線射頻能量收集方面資料的查詢，本課題在研究方法上實現(xiàn)了一些突破。本論文的內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 (1)完成了多射頻復(fù)合式能量采集器的電路設(shè)計。本文的多射頻復(fù)合式能量采集器是一種無源設(shè)備，它能將發(fā)射源發(fā)射的無線電磁波能量轉(zhuǎn)變成電能給傳感器節(jié)點（負載）供電或者儲存起來。無線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、自動管理單元3個部分，其中多頻率電磁能量接收單元主要

4、負責收集信號源發(fā)射的電磁波能量，并對能量進行捕獲。射頻前端模塊主要實現(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，自動充電單元的主要任務(wù)是控制整個電路系統(tǒng)中的信號處理以及電流模的采集、比較、判斷，自動管理單元負責對電池充電的管理，防止充電電池過充，過放。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)計了小信號低功耗升壓整流電路。本文在針對傳統(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。這種改進后的新型整流電路，在對小信號低壓低功耗整流升壓時，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，這種改進后的整流方法對于本來能量較小的射頻小信號尤其重要。改進后的橋式整流電路幾乎可將交流小信號無損失的整流成直流信號。
　　 (3)研究了基于無線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)測不同射頻能量的大小是確保能量收集的重要指標。本