CN117134518B - 一种无线能量收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种无线能量收集装置。该无线能量收集装置包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；天线用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；阻抗匹配模块与天线电连接，阻抗匹配模块用于对天线和整流模块进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；整流模块与阻抗匹配模块电连接，整流模块用于将无线能量信号转换为直流信号；其中，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。本发明实施例提供的无线能量收集装置，能够保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。

Description

一种无线能量收集装置
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种无线能量收集装置。
背景技术
随着无线通信的高速发展，环境中充斥着大量频率不同的电磁波，射频能量收集技术也得到了长足的发展，已被广泛应用于无线传感器网络、物联网等领域。无线能量如射频能量的收集需要能适应不同频段的工作环境，并实现高效能量转换。
目前，现有的无线能量收集装置，通常对频率的适应性较差，且阻抗匹配过程存在能量损失和可靠性低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种无线能量收集装置，以保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。
本发明实施例提供了一种无线能量收集装置，包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；
天线用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；
阻抗匹配模块与天线电连接，阻抗匹配模块用于对天线和整流模块进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；
整流模块与阻抗匹配模块电连接，整流模块用于将无线能量信号转换为直流信号；
其中，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。
可选的，阶梯微带线为螺旋阶梯微带线，阶梯微带线包括多个第一方向走线段和多个第二方向走线段，第一方向走线段和第二方向走线段交替螺旋连接，第一方向垂直于第二方向。
可选的，天线为两条，螺旋阶梯微带线包括第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线，第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线分别与两条天线电连接，第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线均与整流模块电连接。
可选的，阻抗匹配模块包括阶梯微带线和短路枝节，第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线均与短路枝节电连接。
可选的，短路枝节为至少两个，第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线连接不同的短路枝节。
可选的，第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线的结构相同。
可选的，整流模块包括电压倍增器，短路枝节和开路枝节，电压倍增器与短路枝节、开路枝节以及阻抗匹配模块电连接。
可选的，电压倍增器为两个，阶梯微带线为两条，短路枝节和开路枝节均为至少两个，电压倍增器与阶梯微带线一一对应，电压倍增器与对应的阶梯微带线电连接，各电压倍增器对应至少一个短路枝节和至少一个开路枝节，电压倍增器与对应的短路枝节以及对应的开路枝节电连接。
可选的，两个电压倍增器的极性相反。
可选的，天线的工作频率包括2.45GHz和5GHz中的至少一个，天线为偶极子天线。
本发明实施例提供的无线能量收集装置，包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；天线用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；阻抗匹配模块与天线电连接，阻抗匹配模块用于对天线和整流模块进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；整流模块与阻抗匹配模块电连接，整流模块用于将无线能量信号转换为直流信号；其中，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。本发明实施例提供的无线能量收集装置，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种，如阻抗匹配模块包括阶梯微带线，阶梯微带线将天线的阻抗进行转换，通过设置阶梯微带线的参数如线长、线宽以及排布设置，可将天线的阻抗转换为整流模块的阻抗，使天线的阻抗匹配整流模块的阻抗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种无线能量收集装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种无线能量收集装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种无线能量收集装置的结构框图，图2是本发明实施例提供的一种无线能量收集装置的结构示意图。参考图1和图2，无线能量收集装置包括：天线10、阻抗匹配模块20和整流模块30。
其中，天线10用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；阻抗匹配模块20与天线10电连接，阻抗匹配模块20用于对天线10和整流模块30进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；整流模块30与阻抗匹配模块20电连接，整流模块30用于将无线能量信号转换为直流信号；其中，阻抗匹配模块20包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。
具体的，天线10可接收并传输空间的无线能量信号如射频能量信号，天线10接收的无线能量信号为交流信号，该交流信号通过阻抗匹配模块20传输至整流模块30。整流模块30可将交流信号转换为直流信号并输出直流信号，为负载如蓝牙芯片供电。无线能量信号即上述交流信号通过阻抗匹配模块20传输过程中，由于阻抗匹配模块20将天线10的阻抗与整流模块30的阻抗进行匹配，可以是将天线10的阻抗转换为整流模块30的阻抗，从而使得无线能量信号可通过阻抗匹配模块20无损失地传输至整流模块30。并且，阻抗匹配模块20可包括阶梯微带线21如螺旋阶梯微带线，阶梯微带线21将天线10的阻抗进行转换，通过设置阶梯微带线21的参数如线长、线宽以及排布设置，可将天线10的阻抗转换为整流模块30的阻抗，使天线10的阻抗匹配整流模块30的阻抗，以保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。
本实施例提供的无线能量收集装置，包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；天线用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；阻抗匹配模块与天线电连接，用于对天线和整流模块进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；整流模块与阻抗匹配模块电连接，用于将无线能量信号转换为直流信号；其中，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。本实施例提供的无线能量收集装置，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种，如阻抗匹配模块包括阶梯微带线，阶梯微带线将天线的阻抗进行转换，通过设置阶梯微带线的参数如线长、线宽以及排布设置，可将天线的阻抗转换为整流模块的阻抗，使天线的阻抗匹配整流模块的阻抗，以保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。
参考图2，可选的，阶梯微带线21为螺旋阶梯微带线，阶梯微带线21包括多个第一方向走线段和多个第二方向走线段，第一方向走线段和第二方向走线段交替螺旋连接，第一方向垂直于第二方向。
具体的，如图2所示，第一方向为X方向，第二方向为Y方向，多个第一方向的走线段和多个第二方向的走线段交替形成螺旋阶梯式走线，这样设置，一方面可以对天线10和整流模块30进行阻抗匹配，另一方面可以减小阻抗匹配模块20所占空间，从而节省整个装置的占用空间。
另外，微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线，适合制作微波集成电路的平面结构传输线。微带线通常使用薄膜工艺制造，介质基片可以采用介电常数高、微波损耗低的材料，导体需具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。与金属波导相比，微带线的体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高以及制造成本低，微带线的上述优点使其得到广泛应用，且微带线有多种类型，本实施例中的阻抗匹配模块采用阶梯微带线如螺旋阶梯微带线实现阻抗匹配。
继续参考图2，可选的，天线10为两条，螺旋阶梯微带线包括第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212分别与两条天线10电连接，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212均与整流模块30电连接。
具体的，如图2所示，两条天线10传输的无线能量信号分别通过第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212传输至整流模块30，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212对各自传输的无线能量信号进行阻抗匹配。并且，如图2所示的第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212对称设置，两条天线10也是对称设置，对称轴为Y方向的过中心点的同一对称轴，上述中心点为第一螺旋阶梯微带线211的中心和第二螺旋阶梯微带线212的中心连线的中点。
继续参考图2，可选的，阻抗匹配模块20包括阶梯微带线21和短路枝节22，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212均与短路枝节22电连接。
其中，第一螺旋阶梯微带线211靠近整流模块30的一端连接短路枝节22，第二螺旋阶梯微带线212靠近整流模块30的一端连接短路枝节22，短路枝节22为容性或感性，有利于改善阻抗匹配的效果，且阶梯微带线21的设置有利于提高带宽。另外，天线10靠近阶梯微带线21的一端连接有开路枝节，能够进一步改善阻抗匹配的效果，提高阻抗匹配的可靠性。
可选的，短路枝节22为至少两个，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212连接不同的短路枝节22。
示例性地，阻抗匹配模块20中设置的短路枝节22为两个，其中一个与第一螺旋阶梯微带线211连接，另一个与第二螺旋阶梯微带线212连接，以保证第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212分别对各自对应的天线10的阻抗匹配效果。
可选的，第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212的结构相同。
具体的，若第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212的结构不同，如第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212的参数包括线宽、线长等不同，则需分别调节第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212的参数，参数调节时间较长。而第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212的结构相同，如第一螺旋阶梯微带线211和第二螺旋阶梯微带线212这两条螺旋阶梯微带线的参数包括线宽、线长等相同，则可通过调节其中任意一条螺旋阶梯微带线的参数即可实现对两个螺旋阶梯微带线的参数调节，从而节省参数调节时间，提高阻抗匹配效率。
继续参考图2，可选的，整流模块30包括电压倍增器31、短路枝节32和开路枝节33，电压倍增器31与短路枝节32、开路枝节33以及阻抗匹配模块20电连接。
其中，电压倍增器31可将传输至整流模块30的交流信号转换为直流信号，并对交流信号的电压进行放大。并且，与电压倍增器31连接的短路枝节32为容性或感性，且具有特征阻抗，可以抵消阻抗匹配过程中阻抗的虚部，使阻抗的实部保持几乎不变，从而改善阻抗匹配效果。
继续参考图2，可选的，电压倍增器31为两个，阶梯微带线21为两条，短路枝节32和开路枝节33均为至少两个，电压倍增器31与阶梯微带线21一一对应，电压倍增器31与对应的阶梯微带线21电连接，各电压倍增器31对应至少一个短路枝节32和至少一个开路枝节33，电压倍增器31与对应的短路枝节32以及对应的开路枝节33电连接。
具体的，两个电压倍增器31接收各自对应的阶梯微带线21传输的交流信号，并将交流信号转换为直流信号，两个电压倍增器31均与负载R电连接，以将直流信号对应的直流电提供给负载R，为负载R供电。两个电压倍增器31各自对应的短路枝节32以及开路枝节33(尺寸可调)均为至少一个，以保证各电压倍增器31均可改善阻抗匹配效果。
另外，电压倍增器31包括电容和二极管，各电压倍增器31均对应两个短路枝节32和一个开路枝节33，如图2所示，其中一个电压倍增器31包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，第一电容C1的一端与第一螺旋阶梯微带线211电连接，第一电容C1的另一端与第一二极管D1的负极电连接，第一二极管D1的正极与对应的一个短路枝节32电连接，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极电连接，第二二极管D2的负极和对应的开路枝节33均与第二电容C2的一端电连接，第二电容C2的另一端与对应的另一短路枝节32电连接，第二二极管D2的负极与负载的一端R电连接。另一个电压倍增器31包括第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3和第四二极管D4，第三电容C3的一端与第二螺旋阶梯微带线212电连接，第三电容C3的另一端与第三二极管D3的负极电连接，第三二极管D3的正极与对应的一个短路枝节32电连接，第三二极管D3的负极与第四二极管D4的正极电连接，第四二极管D4的负极和对应的开路枝节33均与第四电容C4的一端电连接，第四电容C4的另一端与对应的另一短路枝节32电连接，第四二极管D4的负极与负载R的另一端电连接。第一螺旋阶梯微带线211传输的交流信号由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2进行整流，第二螺旋阶梯微带线212传输的交流信号由第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3和第四二极管D4进行整流，第二二极管D2的负极传输整流后的直流信号至负载R的一端，第四二极管D4的负极传输整流后的直流信号至负载R的另一端，从而为负载R提供直流电。
可选的，两个电压倍增器31的极性相反。这样设置，可以保证交流信号转换为直流信号的可靠性，并保证直流信号可靠地传输至负载。
可选的，天线的工作频率包括2.45GHz和5GHz中的至少一个，天线为偶极子天线。
示例性地，天线的工作频率包括2.45GHz和5GHz，同时在5GHz频段有谐振点，为其他应用留有扩展空间。通过设置天线为偶极子天线，工作频率包括2.45GHz和5GHz，天线的工作频率覆盖当前空间环境常见的两个频段，以满足装置的实用性和适用性。
本实施例提供的无线能量收集装置，包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；天线用于接收无线能量信号，无线能量信号为交流信号；阻抗匹配模块与天线电连接，用于对天线和整流模块进行阻抗匹配，并传输无线能量信号；整流模块与阻抗匹配模块电连接，用于将无线能量信号转换为直流信号；其中，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种。本实施例提供的无线能量收集装置，阻抗匹配模块包括微带线，微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种，如阻抗匹配模块包括阶梯微带线，阶梯微带线将天线的阻抗进行转换，通过设置阶梯微带线的参数如线长、线宽以及排布设置，可将天线的阻抗转换为整流模块的阻抗，使天线的阻抗匹配整流模块的阻抗，以保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。并且，通过设置开路分路微带线即开路枝节的尺寸，可以调节整流模块的阻抗匹配，提高阻带水平，从而保证无线能量信号传输的可靠性并降低无线能量信号在传输过程中的能量损失。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种无线能量收集装置，其特征在于，包括：天线、阻抗匹配模块和整流模块；
所述天线用于接收无线能量信号，所述无线能量信号为交流信号；
所述阻抗匹配模块与所述天线电连接，所述阻抗匹配模块用于对所述天线和所述整流模块进行阻抗匹配，并传输所述无线能量信号；
所述整流模块与所述阻抗匹配模块电连接，所述整流模块用于将所述无线能量信号转换为直流信号
其中，所述阻抗匹配模块包括微带线，所述微带线包括阶梯微带线和短路分路微带线中的至少一种；
所述阻抗匹配模块包括阶梯微带线和短路枝节22。
2.根据权利要求1所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述阶梯微带线为螺旋阶梯微带线，所述阶梯微带线包括多个第一方向走线段和多个第二方向走线段，所述第一方向走线段和所述第二方向走线段交替螺旋连接，所述第一方向垂直于所述第二方向。
3.根据权利要求2所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述天线为两条，所述螺旋阶梯微带线包括第一螺旋阶梯微带线和第二螺旋阶梯微带线，所述第一螺旋阶梯微带线和所述第二螺旋阶梯微带线分别与所述两条天线电连接，所述第一螺旋阶梯微带线和所述第二螺旋阶梯微带线均与所述整流模块电连接。
4.根据权利要求3所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述第一螺旋阶梯微带线和所述第二螺旋阶梯微带线均与所述短路枝节22电连接。
5.根据权利要求4所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述短路枝节22为至少两个，所述第一螺旋阶梯微带线和所述第二螺旋阶梯微带线连接不同的所述短路枝节22。
6.根据权利要求3所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述第一螺旋阶梯微带线和所述第二螺旋阶梯微带线的结构相同。
7.根据权利要求1所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述整流模块包括电压倍增器、短路枝节32和开路枝节，所述电压倍增器与所述短路枝节32、所述开路枝节以及所述阻抗匹配模块电连接。
8.根据权利要求7所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述电压倍增器为两个，所述阶梯微带线为两条，所述短路枝节32和所述开路枝节均为至少两个，所述电压倍增器与所述阶梯微带线一一对应，所述电压倍增器与对应的所述阶梯微带线电连接，各所述电压倍增器对应至少一个所述短路枝节32和至少一个开路枝节，所述电压倍增器与对应的所述短路枝节32以及对应的所述开路枝节电连接。
9.根据权利要求7所述的无线能量收集装置，其特征在于，两个所述电压倍增器的极性相反。
10.根据权利要求1所述的无线能量收集装置，其特征在于，所述天线的工作频率包括2.45GHz和5GHz中的至少一个，所述天线为偶极子天线。
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