CN108964232A - 一种2.4g ism频段rf能量采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2.4G ISM频段RF能量采集电路。它包括2.4G天线、无源RF‑DC电路和DC‑DC电路，所述无源RF‑DC电路包括阻抗匹配电路、倍压整流电路和LC滤波电路，所述阻抗匹配电路的输入端与2.4G天线电连接，所述阻抗匹配电路的输出端与倍压整流电路的输入端电连接，所述倍压整流电路的输出端与LC滤波电路的输入端电连接，所述LC滤波电路的输出端与DC‑DC电路的输入端电连接。本发明具有较高的RF能量采集效率，从根本上消除了因MOS管开关动作而引起的能量消耗。
Description
技术领域
本发明涉及能量采集技术领域，尤其涉及一种2.4G ISM频段RF能量采集电路。
背景技术
近两年，无线能量采集技术越来越受到重视，因为无线能量采集技术是一项低碳环保的自供能技术。无线信号在携带信息的同时也携带了能量，这样环境中的各种干扰信号也将会通过无线能量采集技术变废为宝。
现有无源RF能量采集技术对于2.4GHz ISM频段内的RF能量采集效率较低，不能满足用户需求。申请号为201410596804.2的中国专利，公开了一种无线射频能量采集器，其采用了6个MOS管的对称架构，虽然能够得到一个较高的直流电压输出，但MOS管动作消耗能量较大，从而降低了能量采集效率，在RF信号较弱时，收集的能量甚至无法弥补因MOS管高速动作而消耗的能量。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种具有较高RF能量采集效率的2.4G ISM频段RF能量采集电路。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，包括2.4G天线、无源RF-DC电路和DC-DC电路，所述无源RF-DC电路包括阻抗匹配电路、倍压整流电路和LC滤波电路，所述阻抗匹配电路的输入端与2.4G天线电连接，所述阻抗匹配电路的输出端与倍压整流电路的输入端电连接，所述倍压整流电路的输出端与LC滤波电路的输入端电连接，所述LC滤波电路的输出端与DC-DC电路的输入端电连接。
在本技术方案中，2.4G天线将2.4G ISM频段RF能量转移到无源RF-DC电路中，无源RF-DC电路将RF能量转换为直流电压输出到DC-DC电路，DC-DC电路将输入的直流电压升压后输出，对超级电容或电池等储能器件进行充电。
无源RF-DC电路中，倍压整流电路用于将较低的交流电压整流出一个较高的直流电压输出到LC滤波电路，LC滤波电路用于对二倍压整流后的毛刺和噪声进行滤波处理，降低输出信号中高频分量。阻抗匹配电路能在2.4GHz至2.4835GHz的ISM频段对各类WiFi天线实现较为合理的通用匹配。
作为优选，所述阻抗匹配电路包括电感L1和电感L2，电感L1的第一端与2.4G天线、电感L2的第一端电连接，电感L2的第二端接地，电感L1的第二端为阻抗匹配电路的输出端。
作为优选，所述倍压整流电路包括微波肖特基二极管D1、微波肖特基二极管D2，微波肖特基二极管D1的阳极与阻抗匹配电路的输出端、微波肖特基二极管D2的阴极电连接，微波肖特基二极管D2的阳极接地，微波肖特基二极管D1的阴极为倍压整流电路的输出端。
作为优选，所述LC滤波电路包括电感L3、电容C1、电容C2，电感L3第一端与倍压整流电路的输出端、电容C1第一端电连接，电容C1第二端接地，电感L3第二端与DC-DC电路的输入端、电容C2第一端电连接，电容C2第二端接地。LC滤波电路为三阶π型滤波电路，用于对二倍压整流后的毛刺和噪声进行滤波处理，降低输出信号中高频分量。
作为优选，所述DC-DC电路为LTC3108-1芯片。LTC3108-1芯片最低输入电压为20mV，能实现较为高效的采集效率。
本发明的有益效果是：具有较高的RF能量采集效率，从根本上消除了因MOS管开关动作而引起的能量消耗。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接框图；
图2是无源RF-DC电路的电路原理图；
图3是RF能量采集电路在2.4GHz至2.4835GHz的ISM频段阻抗分布情况。
图中：1、2.4G天线，2、无源RF-DC电路，3、DC-DC电路，4、阻抗匹配电路，5、倍压整流电路，6、LC滤波电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，如图1所示，包括2.4G天线1、无源RF-DC电路2和DC-DC电路3，无源RF-DC电路2包括阻抗匹配电路4、倍压整流电路5和LC滤波电路6，阻抗匹配电路4的输入端与2.4G天线1电连接，阻抗匹配电路4的输出端与倍压整流电路5的输入端电连接，倍压整流电路5的输出端与LC滤波电路6的输入端电连接，LC滤波电路6的输出端与DC-DC电路3的输入端电连接。
阻抗匹配电路4包括电感L1和电感L2，倍压整流电路5包括微波肖特基二极管D1、微波肖特基二极管D2，LC滤波电路6包括电感L3、电容C1、电容C2，电感L1的第一端与2.4G天线1、电感L2的第一端电连接，电感L2的第二端接地，电感L1的第二端与微波肖特基二极管D1的阳极、微波肖特基二极管D2的阴极电连接，微波肖特基二极管D2的阳极接地，微波肖特基二极管D1的阴极与电感L3第一端、电容C1第一端电连接，电容C1第二端接地，电感L3第二端与DC-DC电路的输入端、电容C2第一端电连接，电容C2第二端接地。
2.4G天线将2.4G ISM频段RF能量转移到无源RF-DC电路中，无源RF-DC电路将RF能量转换为直流电压输出到DC-DC电路，DC-DC电路将输入的直流电压升压后输出，对超级电容或电池等储能器件进行充电。
无源RF-DC电路中，倍压整流电路用于将较低的交流电压整流出一个较高的直流电压输出到LC滤波电路，LC滤波电路为三阶π型滤波电路，用于对二倍压整流后的毛刺和噪声进行滤波处理，降低输出信号中高频分量。阻抗匹配电路能在2.4GHz至2.4835GHz的ISM频段对各类WiFi天线实现较为合理的通用匹配。
无源RF-DC电路配合标准2.4G天线，能将整体电路对于2.4GHz至2.4835GHz的ISM频段信号的S11控制在-10dB以下。
DC-DC电路为LTC3108-1芯片。LTC3108-1芯片最低输入电压为20mV，能实现较为高效的采集效率。根据SPICE仿真数据，本RF能量采集电路配合LTC3108-1实现了82%的最终能量采集效率。
LC滤波输出的稳态电压大小与射频信号强度直接相关。根据实验数据，射频信号强度在-10dbm且不接DCDC时，稳态电压在170mV左右；而0dbm且不接DCDC时，稳态电压在430mV左右。
如图3所示，RF能量采集电路在2.4GHz至2.4835GHz的ISM频段阻抗分布情况可以认为是以中频2.44GHz附近作为分界，低于2.44GHz呈现感性，高于2.44GHz呈现容性。该情况正好与以2.44GHz为中频设计的天线阻抗分布情况正好相反，形成了近似共轭匹配的状况，会进一步增加RF能量采集的效率。
Claims (5)
1.一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，其特征在于，包括2.4G天线（1）、无源RF-DC电路（2）和DC-DC电路（3），所述无源RF-DC电路（2）包括阻抗匹配电路（4）、倍压整流电路（5）和LC滤波电路（6），所述阻抗匹配电路（4）的输入端与2.4G天线（1）电连接，所述阻抗匹配电路（4）的输出端与倍压整流电路（5）的输入端电连接，所述倍压整流电路（5）的输出端与LC滤波电路（6）的输入端电连接，所述LC滤波电路（6）的输出端与DC-DC电路（3）的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路（4）包括电感L1和电感L2，电感L1的第一端与2.4G天线、电感L2的第一端电连接，电感L2的第二端接地，电感L1的第二端为阻抗匹配电路（4）的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，其特征在于，所述倍压整流电路（5）包括微波肖特基二极管D1、微波肖特基二极管D2，微波肖特基二极管D1的阳极与阻抗匹配电路（4）的输出端、微波肖特基二极管D2的阴极电连接，微波肖特基二极管D2的阳极接地，微波肖特基二极管D1的阴极为倍压整流电路（5）的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，其特征在于，所述LC滤波电路（6）包括电感L3、电容C1、电容C2，电感L3第一端与倍压整流电路（5）的输出端、电容C1第一端电连接，电容C1第二端接地，电感L3第二端与DC-DC电路的输入端、电容C2第一端电连接，电容C2第二端接地。
5.根据权利要求1所述的一种2.4G ISM频段RF能量采集电路，其特征在于，所述DC-DC电路（3）为LTC3108-1芯片。
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