CN106787260B - 一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 - Google Patents
一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106787260B CN106787260B CN201611137990.9A CN201611137990A CN106787260B CN 106787260 B CN106787260 B CN 106787260B CN 201611137990 A CN201611137990 A CN 201611137990A CN 106787260 B CN106787260 B CN 106787260B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- diode
- inductance
- anode
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 74
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
本发明属于射频能量收集领域，具体为一种基于WISP的三频段的射频能量收集系统，三频段包括WIFI、蜂窝网络频段和ISM，本发明将匹配网络与整流电路结合，实现了三种频率的同时收集，实现了能量的最大化利用。该系统包括天线模块和阻抗匹配整流电路，天线模块包括三个C型天线，其中两C型天线的开口相对，另一C型天线设置在两C型天线之间且开口朝上，此阻抗匹配整流电路为一个四级整流电路，是一个灵敏度高,而且可以并行的收集三种频率的电路。L1，C1组成了一个简单升压电路，L2、L3、L4分别与C2、C3、C4是所需要收集三个频段的匹配电路。本系统很好的解决了WISP中能量收集的问题，可以很好的利用环境中的能量来应用于生活中，解决一些实际问题。
Description
技术领域
本发明属于射频能量收集领域，具体为一种基于WISP的三频段（无线蜂窝网络、WIFI、ISM频段）的射频能量收集系统。
背景技术
无线识别和感知平台（WISP）是一个集感知、通信与获取能量于一体的无源设备，利用反向散射通信技术获取阅读器发出的射频信号中的能量，来进行自身的感知与通信，是一个可编程的无电池的传感和计算平台，使用16位超低功耗单片机来处理传感器传来的数据。WISP自身有温度、加速度、光照传感器，WISP在每次查询过程中可以传递64比特的信息，它就像传统的超高频无源标签，可以利用阅读器来提供自己所需要的所有能量。WISP的结构几乎可以兼容任何低功耗的传感器，它作为超高频被动标签的一部分被集成在标签上。
近几年，能源问题首先导致了物联网应用的成本大幅度增长。基于电池的工作方式又导致了节点非常有限的工作寿命。由于基数大，对电源的管理与维护带来的开销让人难以接受。事实上，许多生态环境监控系统、地质灾害预警等都面临一个共同的问题，那就是难以维持长时间的维持运行，直接导致了这类解决思路的可扩展性和实用性的大幅下降。而WISP是可以收集周围环境中的能量的，但是现有的WISP电路设计只是可以收集915MHz的能量，必须有专用的阅读器来提供，对于户外的各种活动都有很多的限制，所以本专利就设计了基于WISP的三种频带的能量收集系统来解决此问题。
发明内容
本发明设计了一种并行的三频段射频能量收集系统，三频段包括WIFI(2.45GHz)、蜂窝网络频段（915MHz）和ISM(5.8GHz），本发明将匹配网络与整流电路结合，实现了三种频率的同时收集，实现了能量的最大化利用。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于WISP的三频段的射频能量收集系统，包括天线模块和阻抗匹配整流电路，天线模块包括三个C型天线，其中两C型天线的开口相对，另一C型天线设置在两C型天线之间且开口朝上，阻抗匹配整流电路包括第一电感L1和第一电容C1组成的升压电路，第二电感L2和第二电容C2、第三电感L3和第三电容C3、第四电感L4和第四电容C4组成的匹配电路，第一电感L1和第一电容C1连接形成升压电路，第一电感L1和第一电容C1的端部分别作为升压电路的两端，天线模块中三个C型天线的输出端首尾相连后连接在升压电路的两端，第一电感L1和第一电容C1之间的连接点分别和第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的一端连接，第六电容C6的另一端和第一个二极管D1的阴极连接，第一个二极管D1的阳极和第一电容C1的端部连接，第六电容C6的另一端还和第二个二极管D2的阳极连接，第二个二极管D2的阴极和第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端通过第二电容C2与第一个二极管D1的阳极连接，第七电容C7的另一端和第七个二极管D7的阴极连接，第七个二极管D7的阳极和第二个二极管D2的阴极连接，第七电容C7的另一端还和第八个二极管D8的阳极连接，第八个二极管D8的阴极通过第五电容C5和第一个二极管D1的阳极连接，第八电容C8的另一端和第三个二极管D3的阴极连接，第三个二极管D3的阳极和第八个二极管D8的阴极连接，第八电容C8的另一端还和第四个二极管D4的阳极连接，第四个二极管D4的阴极和第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端通过第三电容C3和第一个二极管D1的阳极连接，第九电容C9的另一端和第五个二极管D5的阴极连接，第五个二极管D5的阳极和第四个二极管D4的阴极连接，第九电容C9的另一端还和第六个二极管D6的阳极连接，第六个二极管D6的阴极和第四电感L4的一端连接，第四电感L4的另一端通过第四电容C4和第一个二极管D1的阳极连接，第四电感L4和第四电容C4的连接点与第一个二极管D1的阳极作为系统的输出端。
此系统可以实现一种或者多种频段能量的同时收集，克服了传统WISP设计电路只能收集一种频段能量的问题。可以根据所处环境中信号的强弱来进行能量的收集，三个匹配支路是并联的关系，所以可以保证节点工作的连续性与有效性。
附图说明
图1为天线的结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于WISP的三频段的射频能量收集系统，包括天线模块和阻抗匹配整流电路，天线模块包括三个C型天线，其中两C型天线的开口相对，另一C型天线设置在两C型天线之间且开口朝上，阻抗匹配整流电路包括第一电感L1和第一电容C1组成的升压电路，第二电感L2和第二电容C2、第三电感L3和第三电容C3、第四电感L4和第四电容C4组成的匹配电路，第一电感L1和第一电容C1连接形成升压电路，第一电感L1和第一电容C1的端部分别作为升压电路的两端，天线模块中三个C型天线的输出端首尾相连后连接在升压电路的两端，第一电感L1和第一电容C1之间的连接点分别和第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的一端连接，第六电容C6的另一端和第一个二极管D1的阴极连接，第一个二极管D1的阳极和第一电容C1的一端连接，第六电容C6的另一端还和第二个二极管D2的阳极连接，第二个二极管D2的阴极和第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端通过第二电容C2与第一个二极管D1的阳极连接，第七电容C7的另一端和第七个二极管D7的阴极连接，第七个二极管D7的阳极和第二个二极管D2的阴极连接，第七电容C7的另一端还和第八个二极管D8的阳极连接，第八个二极管D8的阴极通过第五电容C5和第一个二极管D1的阳极连接，第八电容C8的另一端和第三个二极管D3的阴极连接，第三个二极管D3的阳极和第八个二极管D8的阴极连接，第八电容C8的另一端还和第四个二极管D4的阳极连接，第四个二极管D4的阴极和第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端通过第三电容C3和第一个二极管D1的阳极连接，第九电容C9的另一端和第五个二极管D5的阴极连接，第五个二极管D5的阳极和第四个二极管D4的阴极连接，第九电容C9的另一端还和第六个二极管D6的阳极连接，第六个二极管D6的阴极和第四电感L4的一端连接，第四电感L4的另一端通过第四电容C4和第一个二极管D1的阳极连接，第四电感L4和第四电容C4的连接点与第一个二极管D1的阳极作为系统的输出端。
本发明为了很好的收集三个频段的能量，设计了三个C型天线组合成一个大C的天线，实现了很好的收集，天线结构图如图1所示。
在WISP硬件电路中，射频能量收集电路的目的是收集尽可能多的能量以及使交流功率转化为直流功率的效率达到最大。阻抗匹配的主要作用就是获得尽可能多的能量。本申请提出了针对三种不同频率的匹配网络。匹配网络的核心是使电路的谐振频率与输入频率一致，L型匹配网络的谐振频率表达式如下： QUOTE 。
本专利的设计是为了收集三种不同频率的能量，所以需要针对每种不同的频率进行匹配网络的设计，根据上述公式来进行电感与电容的选择，具体的参数选择在表一。
表一
本发明最大的特点就是可以不会仅限于对于一种频率的收集，而是可以自适应的进行能量的收集，可以根据所处环境的不同，收集一种或者多种频率的能量。
此阻抗匹配整流电路为一个四级整流电路，是一个灵敏度高,而且可以并行的收集三种频率的电路，所用的二极管均采用HSMS285C型号的二极管。L1，C1组成了一个简单升压电路，L2、L3、L4分别与C2 、C3 、C4是所需要收集三个频段的匹配电路。L2连接在第一阶，收集915MHZ频段的能量，L3连接在第三阶，收集2.4GHz频段的能量，L4连接在第四阶，收集5.8GHz频段的能量。当L2,L3,L4其中任意一个短路，都可以保证其他两路可以收集到能量，是此电路最大的优点。L1=3nH，C1=0.2 pF，C2 、C3 、C4与L2、L3、L4的参数选择如表一中所示。本系统很好的解决了WISP中能量收集的问题，可以很好的利用环境中的能量来应用于生活中，解决一些实际问题，其整流效率高达85%。
Claims (1)
1.一种基于WISP的三频段的射频能量收集系统，其特征在于包括天线模块和阻抗匹配整流电路，天线模块包括三个C型天线，其中两C型天线的开口相对，另一C型天线设置在两C型天线之间且开口朝上，阻抗匹配整流电路包括第一电感L1和第一电容C1组成的升压电路，第二电感L2和第二电容C2、第三电感L3和第三电容C3、第四电感L4和第四电容C4组成的匹配电路，第一电感L1的一端和第一电容C1的一端连接形成升压电路，第一电感L1和第一电容C1的另一端分别作为升压电路的两端，天线模块中三个C型天线的输出端首尾相连后连接在升压电路的两端，第一电感L1和第一电容C1之间的连接点分别和第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的一端连接，第六电容C6的另一端和第一个二极管D1的阴极连接，第一个二极管D1的阳极和第一电容C1的另一端连接，第六电容C6的另一端还和第二个二极管D2的阳极连接，第二个二极管D2的阴极和第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端通过第二电容C2与第一个二极管D1的阳极连接，第七电容C7的另一端和第七个二极管D7的阴极连接，第七个二极管D7的阳极和第二个二极管D2的阴极连接，第七电容C7的另一端还和第八个二极管D8的阳极连接，第八个二极管D8的阴极通过第五电容C5和第一个二极管D1的阳极连接，第八电容C8的另一端和第三个二极管D3的阴极连接，第三个二极管D3的阳极和第八个二极管D8的阴极连接，第八电容C8的另一端还和第四个二极管D4的阳极连接，第四个二极管D4的阴极和第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端通过第三电容C3和第一个二极管D1的阳极连接，第九电容C9的另一端和第五个二极管D5的阴极连接，第五个二极管D5的阳极和第四个二极管D4的阴极连接，第九电容C9的另一端还和第六个二极管D6的阳极连接，第六个二极管D6的阴极和第四电感L4的一端连接，第四电感L4的另一端通过第四电容C4和第一个二极管D1的阳极连接，第四电感L4和第四电容C4的连接点与第一个二极管D1的阳极作为系统的输出端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611137990.9A CN106787260B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611137990.9A CN106787260B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106787260A CN106787260A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106787260B true CN106787260B (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=58880085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611137990.9A Active CN106787260B (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106787260B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109900268A (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-18 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种无源室内定位节点装置及相应的室内定位系统 |
| CN109451565A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-08 | 浙江工业大学 | 基于无线识别感知平台wisp的低功耗显示节点 |
| CN110138103A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-16 | 电子科技大学 | 一种基于三频段整流天线的射频微能量采集装置 |
| CN110401268B (zh) * | 2019-07-29 | 2023-02-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电磁空间态势感知的射频能量收集方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005119948A2 (en) * | 2004-05-14 | 2005-12-15 | Aeronix, Inc. | Instant messaging terminal adapted for wi-fi access |
| CN102099960A (zh) * | 2008-07-14 | 2011-06-15 | 莱尔德技术股份有限公司 | 用于无线应用装置的多频带天线组件 |
| CN105119052A (zh) * | 2015-08-07 | 2015-12-02 | 江苏大学 | 一种适用于手机和wifi的射频电磁波能量收集阵列魔方 |
| CN205029005U (zh) * | 2014-09-25 | 2016-02-10 | 三星电子株式会社 | 天线装置 |
-
2016
- 2016-12-12 CN CN201611137990.9A patent/CN106787260B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005119948A2 (en) * | 2004-05-14 | 2005-12-15 | Aeronix, Inc. | Instant messaging terminal adapted for wi-fi access |
| CN102099960A (zh) * | 2008-07-14 | 2011-06-15 | 莱尔德技术股份有限公司 | 用于无线应用装置的多频带天线组件 |
| CN205029005U (zh) * | 2014-09-25 | 2016-02-10 | 三星电子株式会社 | 天线装置 |
| CN105119052A (zh) * | 2015-08-07 | 2015-12-02 | 江苏大学 | 一种适用于手机和wifi的射频电磁波能量收集阵列魔方 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106787260A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106787260B (zh) | 一种基于wisp的三频段的射频能量收集系统 | |
| CN207337446U (zh) | 基于能量收集式高灵敏度物联网标签 | |
| CN211831176U (zh) | 一种近场射频能量与数据的协同传输系统 | |
| CN110138103A (zh) | 一种基于三频段整流天线的射频微能量采集装置 | |
| CN102255527A (zh) | 一种新型的微波互调整流电路 | |
| WO2017028536A1 (zh) | 一种用于水利发电的基于无线通讯的人员管理系统 | |
| CN207339913U (zh) | 一种物联网网关和利用该物联网网关的系统 | |
| CN203349938U (zh) | 低功耗无线温度采集电路 | |
| CN103809535A (zh) | 基于ZigBee技术的光伏阵列监测装置 | |
| CN203260177U (zh) | 一种地下油气传输管道信息采集装置 | |
| CN107909786B (zh) | M-bus输入微功率无线输出并线转换器 | |
| CN203376857U (zh) | 一种基于无线传感器网络的远程抄表系统 | |
| CN202422232U (zh) | 一种电子标签考勤系统 | |
| CN202041298U (zh) | 烟叶醇化的无线测温系统 | |
| CN208654835U (zh) | 一种太阳能供电的低功耗rfid有源电子标签 | |
| CN205104017U (zh) | 一种智能集中抄表系统 | |
| CN204559893U (zh) | 无线通讯器、表计查询装置和表计查询系统 | |
| CN208924526U (zh) | 一种基于rfid无线传感标签的土壤含水率监测系统 | |
| CN203455388U (zh) | 一种应用于工业环境的电流及温度监测系统 | |
| CN205486755U (zh) | 一种电力信息采集与管理平台 | |
| CN209088941U (zh) | 一种智能挂锁用NB-iot数据传输电路板 | |
| CN201886550U (zh) | 基于无线传感网的电能数据采集及费控系统 | |
| CN105426950A (zh) | 一种二义性双频可充电电子标签 | |
| CN204761725U (zh) | 一种用于光照强度检测的可唤醒无线传感器网络节点模块 | |
| CN206524981U (zh) | 一种基于Zigbee的室内定位监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |