JP2017525328A - 環境発電回路及び方法 - Google Patents

Abstract

環境発電システムにおいて用いられる回路は、少なくとも第１及び第２のアンテナからの信号を、各ダイオードを介して加算ノードに提供する。加算ノードは出力ダイオードを介して出力ノードに結合され、出力ノードに出力キャパシタが設けられている。これにより、整流回路内でアンテナ信号の結合を実施する。

Description

本発明は環境発電（ｐｏｗｅｒ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）回路に関する。

環境発電は、環境から電磁エネルギを取り込むことに関する。環境から給電できる電子回路の例には、時々センサ値を読み取る必要があるセンサシステムや、ＩＤ又は認証信号を送信することによってチャレンジに応答する識別回路が含まれる。

通常、極めて低電力の回路以外は、環境から無償で充分なエネルギを採取する（ｈａｒｖｅｓｔ）ことは難しい。一般的には、その代わりに電力信号を回路に送信して、この回路にエネルギを能動的に投入する。ＲＦＩＤタグはこの手法の一例である。

しかしながら、必要なエネルギ量が極めて小さく、環境発電アンテナを利用してエネルギ採取に基づいて動作可能である回路が存在する。ＵＳ２０１２０２９９３９６Ａ１号は、そのような環境発電ソリューションを開示している。エネルギ採取システムでは、通常、単一のアンテナが収集するエネルギでは不充分な場合がある。従って、採取される総エネルギを増大させるため複数のアンテナが用いられる。

環境発電回路は典型的に、アンテナ、整流回路、及びエネルギ蓄積キャパシタを備えている。

よく知られた整流回路設計のＤＣ出力電力は、低電力レベルでは入力電力と二次的に増減することが知られている。これは、小さい信号では整流器伝達関数のテーラー展開において二次の項が支配的だからである。これは、Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｉｎｄｏｏｒ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＰＩＭＲＣ）、２０１３ ＩＥＥＥ第２４回国際シンポジウム（２０１３年９月８〜１１日）で発表された、Ｙａｎ Ｗｕ（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ．Ｅｎｇ．、アイントフォーフェン工科大学（ＴＵ／ｅ）、オランダ）、Ｌｉｎｎａｒｔｚ、Ｊ．−Ｐ．、Ｈａｏ Ｇａｏ、Ｍａｔｔｅｒｓ−Ｋａｍｍｅｒｅｒ、Ｍ．Ｋ．による論文「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ＲＦ ｅｎｅｒｇｙ ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ ｆｏｒ ｂａｔｔｅｒｙｌｅｓｓ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｉｎｐｕｔ ｐｏｗｅｒ」に記載されている。

この理由のため、複数アンテナシステムでは、各アンテナからの電力を個別に整流し、その後に全ての分岐からのエネルギを合計することは魅力的でない。これよりも、まずアンテナ信号を合成し、次いで整流する方が効果的である。

しかしながら、信号を単に合成するだけでは、電力が受信される位相角のいくつかで、アンテナにおいて信号が相殺される望ましくない状況が生じる可能性がある。そのような相殺が発生し得ることは回避できない。

図１は、よく知られたエネルギ回収（ｅｎｅｒｇｙ ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）受信器を示す。これは、受信アンテナ１０、受信アンテナからの電力伝達を最大化する整合ネットワーク１２、ＲＦ−ＤＣ整流器１４、及びエネルギを蓄積するキャパシタ又は充電式バッテリ等のエネルギ蓄積デバイス１６から成る。受信器の極めて重要な部分はＲＦ−ＤＣ整流器１４である。図１に示す一例は、受信したＲＦエネルギを蓄積に適したＤＣ形態に変換するディクソンチャージポンプ（Ｄｉｃｋｓｏｎ ｃｈａｒｇｅ ｐｕｍｐ）構造である。ディクソンチャージポンプの基本的な構成要素は電圧ダブラ１８である。

電圧ダブラ１８に対する入力は、正弦波ｒ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（２πｆｃｔ）である。ここでＡは振幅であり、ｆｃは中心周波数である。Ａが充分に大きく理想的な場合、電圧ダブラの出力キャパシタＣ上の平衡電圧は２Ａとなる。キャパシタに蓄積されるエネルギはＥ＝１／２ＣＶ^２であるので、電圧ダブラが回収する（ｓｃａｖｅｎｇｅ）エネルギはＡ^２に比例する。無線センサに適用する場合、通常、限られた送信電力と大きな伝搬損失のためＡは小さい。従って蓄積されるエネルギはＡ^４に比例する。

この４乗は、低入力電力での動作時に整流器を高効率化することに対する極めて厳しい制約となる。入力信号Ａが極めて弱い場合、整流器は極めて非効率的となる。実際、任意のダイオードの電流対電圧特性は、ゼロポイント（Ｖ＝０ボルト、Ｉ＝０アンペア）付近ではほとんど直線としてふるまう。従って、極めて弱い信号では、ダイオードは線形Ｖ−Ｉ特性を有する抵抗のように作用し、整流挙動を有することができない。その整流は、Ｖ−Ｉ特性が高次の非線形項を経験するのに充分な大きさである場合にのみ機能することができる。

閾値を大幅に下回る小さい電圧では、ダイオード電流は二次の項までの級数展開に従ってモデル化することができる。
Ｉ＝ａＶ＋ｂＶ^２

極めて高い周波数（数ＧＨｚ又は数十ＧＨｚの高さ）及び極めて低い入力電圧を処理できるような電力ハーベスティング回路の設計について、複数の研究が行われてきた。

本発明は、複数のアンテナからエネルギを採取する問題に対処する。

アンテナ信号を合成するよく知られた回路がある。これは例えば、通信及びレーダシステムで用いられるビームステアリング及び最大比合成システムである。これらの技法は、全てのアンテナからの信号を同相になるよう、かつコヒーレントにすなわち電圧が積算されるように建設的に加算されるよう位相シフトすることで、信号強度の向上を図っている。最大比合成システムでは、位相だけでなく振幅も調整して、信号対雑音比を最適化する。無相関付加白色ガウス雑音のみが存在する複数のアンテナを有するシステムでは、最大比合成は最良の信号対雑音比を提供する。

これらのシステムでは、通信基地局は、制御アルゴリズムのために充分な電力を有するので、アンテナ利得及びビーム形成を利用することができる。しかしながら、採取の用途では、未知の位相差を有する複数のアンテナからの電力のコヒーレントな集約を保証する適応回路のための電力は存在しない。これによって、受信エネルギを超えるエネルギを必要とすることなく複数の異なる位相の入力からの電力を適応的にかつ最適に統合することができるビームフォーマ及び整流器の利用は困難となる。

エネルギ採取システムでは、受信ＲＦ信号の位相又は振幅を適応的に調整する回路を動作させるための電力が利用可能でないという問題が生じる。これらの回路の出力電力は、回路がその電力供給から得る電力よりも小さいことがあり、エネルギ採取のために役に立たなくなる。

本発明は特許請求の範囲によって規定される。

本発明の一態様によれば、環境発電システムにおいて用いるための回路が提供される。この回路は、
入力キャパシタを介して加算ノードに結合された第１の端子と、第１のダイオードを介して加算ノードに結合された第２の端子と、を有する第１のアンテナと、
第１のアンテナの第２の端子に結合された第１の端子と、第２のダイオードを介して加算ノードに結合された第２の端子と、を有する第２のアンテナと、
を備え、加算ノードが出力ダイオードを介して出力ノードに結合され、出力ノードに出力キャパシタが設けられている。

これらの回路コンポーネントは、環境発電回路のＲＦ又はＤＣ整流回路の一部を形成する。このように、本発明は、整流の一部としてアンテナ信号の合成を実施する多アンテナ整流器を提供する。これにより、アンテナ信号は相殺されずに加算することができ、環境発電用途では実行可能でない場合があるビームステアリングの必要性がなくなる。

「結合される」という言葉は、（低抵抗接続を介した）直接接続、又は他のコンポーネントの介在を表し得ることに留意すべきである。例えば、アンテナ整合回路は、第１及び第２のアンテナと入力キャパシタと回路のダイオードとの間に設けられてもよい。

第１のダイオード、第２のダイオード、及び出力ダイオード、並びに入力キャパシタ及び出力キャパシタは、例えば電圧増倍回路を形成し得る。

従ってこの回路は、複数の整流アンテナ信号を受信するための、よく知られた電圧増倍回路に対する変更として実施することができる。

回路は、出力ノードに結合された別の電圧増倍回路を更に備えることができる。従って、２つの電圧増倍回路を用いて、より高い電圧で負荷に電力供給することができる。

別の実施形態では、
第１のアンテナの第１の端子が第３のダイオードを介して第２の加算ノードに結合され、
第２のアンテナの第１の端子が第４のダイオードを介して第２の加算ノードに結合され、
第２の加算ノードが第２の出力ダイオードを介して出力ノード又は第２の出力ノードに結合され、
回路が、第２の加算ノードと第２のアンテナの第２の端子との間に結合された第２の入力キャパシタを備える。

これにより、実質的に同等の２つの回路が提供される（第２の回路は第３のダイオード、第４のダイオード、及び第２の出力ダイオード、並びに第２の入力キャパシタである）。これら２つの回路は、第１のアンテナ及び第２のアンテナにおける異なるＲＦ位相からエネルギを採取することができ、採取できる合計のエネルギが多くなるので、より高いエネルギ採取比を達成可能である。第２の回路は補助回路と見なすことができる。

１つの実施において、これら２つの回路は同一の出力キャパシタをチャージするように機能する。この場合、第３のダイオード、第４のダイオード、及び第２の出力ダイオード、並びに第２の入力キャパシタは、補助電圧増倍回路を形成すると見なされ得る。この実施形態では、出力キャパシタは負荷に電力供給するため、より高い電圧を与えることができる。

別の実施では、第２の回路はその出力を第２の出力キャパシタに与える。一例において、第１の出力ノード及び第２の出力ノードは同一の極性の電圧を出力するためのものである。第１のアンテナの第１の端子は順方向の第３のダイオードを介して第２の加算ノードに結合され、第２のアンテナの第１の端子は順方向の第４のダイオードを介して第２の加算ノードに結合されている。

この構成は、各自の出力キャパシタを有する２つの回路を、２つのアンテナのそれぞれに１つずつ提供する。２つの回路は同一であるが、一方の回路からの一方のアンテナ端子は他方に交差接続されている。

あるいは、一方の回路の出力を正の電圧とし、他方の回路の出力を負の電圧とすることも可能である。この場合、出力ノード及び第２の出力ノードは相互に逆の極性の電圧を出力するためのものであり、第１のアンテナの第１の端子は逆方向の第３のダイオードを介して第２の加算ノードに結合され、第２のアンテナの第１の端子は逆方向の第４のダイオードを介して第２の加算ノードに結合されている。

２つの出力キャパシタは接地ノードで共に接続することができ、２つのアンテナ間の接続も接地することができる。

第１の回路、及び使用する場合には第２の（補助）回路の出力ノードにおいて、電圧を増倍するために適合された電圧増倍回路を提供することができる。これにより、例えば各極性ごとに１つずつ、計２つの連結された電圧ダブラを、各回路に提供する。

この回路は、少なくとも１つの別のアンテナを更に備え得る。この別のアンテナ又は別のアンテナの各々は、前段のアンテナの第２の端子に結合された第１の端子と、各ダイオードを介して加算ノードに結合された第２の端子と、を有する。従って回路は、エネルギハーベスティングの要求増大を満足させるため、３つ以上のアンテナ向けに容易にスケーリングすることができる。従って、本発明のこの実施形態により、いっそう広範囲に適用できる回路が提供される。

本発明の第２の態様では、センサノード等の、誘導性、容量性、又は電磁性の電力伝達によって電力を供給される電子デバイスが、本発明の回路を使用することができる。この回路は、パッシブＲＦＩＤ等、パッシブセンサノードには特に興味深いものである。センサノードは、データ交換に用いられる電力伝達チャネルを備えることができる。

別の態様は、複数のアンテナ信号を合成する環境発電方法を提供する。この方法は、
第１のアンテナの第１の端子を、入力キャパシタを介して加算ノードに結合することと、
複数のアンテナの各々について、
後段の各アンテナの第１のアンテナ端子を、前段の各アンテナの第２の端子と結合することと、
各アンテナの第２のアンテナ端子からの信号を、各ダイオードを介して電圧増倍回路の加算ノードに提供することと、
を備える。

この方法は、整流プロセスの一部として、３つ（又はそれ以上）のアンテナからのエネルギの合成を行う。

環境発電方法は、
第１の極性の電力供給のため、上記の方法を実行することと、
第２の逆の極性の電力供給のため、上記の方法を実行することと、
を備えることができる。

本発明の例について、以下で添付図面を参照して詳細に説明する。

よく知られた環境発電回路を示す。 複数のアンテナ信号を合成する２つの可能な手法を示す。 本発明に従った回路の第１の例を示す。 本発明に従った回路の第２の例を示す。 本発明に従った回路の第３の例を示す。 本発明に従った回路の第４の例を示す。 本発明に従った回路の第５の例を示す。 本発明に従った回路の第６の例を示す。 本発明に従った回路の第７の例を示す。

本発明は、環境発電システムにおいて用いられる回路を提供する。この回路では、少なくとも第１及び第２のアンテナからの信号が各ダイオードを介して加算ノードに提供される。加算ノードは出力ダイオードを介して出力ノードに結合され、出力ノードに出力キャパシタが設けられている。これらの回路コンポーネントは環境発電システムのＲＦ−ＤＣ整流回路の一部を形成し、具体的には、変更（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）ダイオードベース電圧増倍回路を形成する。このように、アンテナ信号の合成は整流の一部として実施される。これによって、アンテナ信号は相殺されずに加算することが可能となる。

複数のアンテナ信号を合成する問題の基本的な解決策がある。

図２（ａ）は２つのアンテナ接続１５を示し、各々は、直列に組み合わされる前に各整流器１４ａ、１４ｂに与えられる。整流器１４ａ、１４ｂはそれぞれ異なるアンテナと接続する。各整流器に対する入力信号強度が低いので、整流した後に合成するこの手法は非効率である。

図２（ｂ）は２つのアンテナ接続１５を示し、これらは、単一の整流器１４に与えられる前に直列に結合される。２つのアンテナ接続１５はそれぞれ異なるアンテナに接続する。この目的は、２倍の大きさの（又はアンテナがより多い場合はより大きい）電圧を得ることであるが、そのように機能するのは信号が同位相を有する場合だけである。信号が位相遅れを持ってアンテナに到達した場合は、別の対策が必要となる。極端な状況では、異なるアンテナに到達する信号は逆相であり、これらの信号は相殺される。従って、結合した後に整流するこの手法は、整流器が受信信号に対して低感度であるヌルを回避することができない。

本発明は、特に複数のアンテナ信号を処理する場合、整流ダイオードに与えられる前の入力電圧ができる限り高いことを保証するという問題を対象とする。本発明の手法は、信号の相殺の問題を回避する態様で複数のアンテナ信号を整流の一部として合成することである。

従って、このシステムは、受信信号間に任意の（すなわち未知の）位相を有する複数のアンテナのために用いることができる。

図３は、本発明に従った回路の基本的な実施を示す。この回路は本質的に、複数のアンテナとＲＦ−ＤＣコンバータ１４の一部との組み合わせである。

この回路は第１のアンテナ２０を備え、第１のアンテナ２０は、入力キャパシタＣ１を介して加算ノード２４に結合された第１の端子２２と、第１のダイオードＤ１を介して加算ノード２４に結合された第２の端子２６と、を有する。

第２のアンテナ２８は、第１のアンテナの第２の端子２６（すなわち図示する例では接地）に結合された第１の端子３０と、第２のダイオードＤ２を介して加算ノード２４に結合された第２の端子３２と、を有する。

加算ノード２４は、出力ダイオード３８を介して出力ノード３６に結合され、出力ノードには出力キャパシタＣ２が設けられている。

図３の回路は本質的に電圧増倍回路を備えるが、複数のアンテナが回路内の加算ノードへ供給している。アンテナ信号は相殺されずに加算することができる。

少なくとも２つのアンテナ信号がある。ダイオードＤ１及びＤ２の目的は、アンテナ信号が相殺されないように、第１のキャパシタＣ１を確実に最大利用可能電圧にチャージすることである。これは上述の４乗効果を利用するために効果的である。

この回路は、アンテナ信号間の位相差の知識なしで動作するように設計されている。一方のアンテナはメインキャパシタＣ１の一方側に接続し、他方のアンテナはキャパシタＣ１の他方側でダイオードを介して加算ノードに接続する。後述するように、この加算ノードに、更に別のアンテナを、各自のダイオードを介して結合することも可能である。この加算回路に至るダイオードは、キャパシタＣ１が、最高電圧に結合する、ダイオードによって決定されるレベルにチャージされることを意味する。

いくつかの位相の状況では、追加のアンテナから加算ノードに提供される信号とキャパシタＣ１の第１の側との間はゼロ位相差であり得る。この場合、追加のアンテナは追加の寄与を与えず、信号の相殺は回避され、依然として一方のアンテナから回収（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）が行われる。

図３の場合、２つのアンテナ信号が同相であるならば、回路は一方のアンテナのみから効果的に回収を行う。しかしながら、信号が逆相である場合、信号が建設的に加算されて回収効率が向上する。

従って、この構成は信号の相殺を防ぐが、入力位相関係が適切である場合、良好なコヒーレント信号加算も利用することができる。複数のアンテナが概ね同様の位相信号を発生することがわかっている場合、又はアンテナが概ね逆相の信号を発生することがわかっている場合、この回路は最適化することができる。例えば図３の回路は、逆相のアンテナ信号ではいっそう効率的となる。単にアンテナ接続３２、３０を逆にするだけで、この回路は同相のアンテナ信号に対していっそう効率的となる。

図３の回路は、より複雑な回路内で使用できる基本的な構成要素と見なすことができる。

上述の通り、図３に示すような２つのアンテナ信号を合成するための手法は、３つ以上のアンテナに拡張することができる。図４は、３つのアンテナ２０、２８、４０のための同等の手法を示す。

第３のアンテナ４０（及び各追加アンテナ）は、前段のアンテナの第２の端子に結合された第１の端子４１と、各ダイオードＤ３を介して加算ノード２４に結合された第２の端子４２とを、を有する。

より一般的に述べると、追加の各アンテナが、前段のアンテナの第２の端子に結合された第１の端子と、各ダイオードを介して加算ノードに結合された第２の端子と、を有するように、より多くのアンテナを組み込むことができる。従ってこの回路は、アンテナ信号を加算ノードに接続するダイオードのカスケード接続アレイを形成することができる。

図５は、図３の回路を２つ有し、各回路がそれ自身の入力及び出力キャパシタを有する実施を示す。第２の回路は、第１の回路と同じ参照番号で示されるが、ダッシュ符号を付している（例えばＣ１’）。各回路が双方のアンテナからのアンテナ信号を合成するので、２つのアンテナ信号は双方の回路内に結合される。従って電圧ダブラは２つあり、その各々が、双方のアンテナ信号を合成することから利益を得る。２つの回路の使用により、電圧増大を発生させることができる。この例における（キャパシタＣ２及びＣ２’の）２つの出力は同一の極性を有する。

この場合、第１のアンテナの第１の端子は第３のダイオードＤ２’を介して第２の加算ノード２４’に結合され、第２のアンテナの第１の端子３０は第４のダイオードＤ１’を介して第２の加算ノード２４’に結合され、第２の加算ノード２４’は第２の出力ダイオード３８’を介して第２の出力ノード３６’に結合されている。第２の回路は、第２の加算ノード２４’と第２のアンテナの第２の端子３２との間に結合された第２の入力キャパシタＣ１’を備える。

第２の回路は補助電圧増倍回路を形成する。

図５の回路では、別個の出力キャパシタが提供されている。

図６は、図５と同様であるが共有出力キャパシタＣ２を有する回路を示す。アンテナインピーダンスを表すため回路内に抵抗を示すが、これは回路シミュレーションの目的のために過ぎない。任意選択として、例えば変圧器を用いてアンテナと整流器との間でインピーダンス整合を行ってもよい。

図７は図６の回路の変形を示す。電圧増倍回路が出力ノード３６に結合され、これは出力ノードにおける電圧増倍のために適合されている。

この電圧増倍回路は、図３の回路と同じ一般的なタイプのものであり（しかしながら、加算ノードに対する入力は１つだけである）、入力キャパシタＣ１’’、電圧増倍ダイオードＤ１’’及び３８’’、並びに出力ノード３６’’に結合された出力キャパシタＣ２’’を備える。これにより、更に高い出力電圧を発生させることができる。

図５の回路は２つの出力キャパシタを有するが、それらは同一の極性の電圧を蓄積する。１つの代替案は、正の電圧のため１つの回路を、負の電圧のため１つの回路を設けることである。図８に一例を示す。

図５と同じ参照符号を用いる。第２の回路は、第１とは逆の極性の信号を発生させるためのものである。この理由で、ダイオードＤ１’、Ｄ２’、３８’は、図５の向きに対して逆の向きに配置されている。

図８は、各回路が電圧増倍回路を有する、すなわち、第１の回路のための電圧増倍回路８０と、第２の回路のための電圧増倍回路８２とを有することを示す。

この場合、第２の回路は以下を備えている。
第２のアンテナの第２の端子３２が結合された第２の回路の入力キャパシタＣ１’、
第２の回路の加算ノード２４’、
第２の回路の第１のダイオードＤ１’、ここで第２の回路の加算ノード２４’は第２の回路の第１のダイオードを介して第２のアンテナの第１の端子に結合されている、
第２の回路の第２のダイオードＤ２’、ここで第２の回路の加算ノード２４’は第２の回路の第２のダイオードＤ２’を介して第１のアンテナの第１の端子に結合されている、
第２の回路の出力ダイオード３８’、ここで第２の回路の出力ノード３６’は第２の回路の出力ダイオードを介して第２の回路の加算ノード２４’に結合されている、
第２の回路の出力ノードに設けられた第２の回路の出力キャパシタＣ２’。

電圧増倍回路８０、８２は、出力ノード３６’’及び３６’’’において、電圧が蓄積される２つの出力キャパシタＣ２’’及びＣ２’’’に、相互に逆の極性を与える。

上記の例は、１つの出力キャパシタ上又は複数の出力キャパシタ上に、合成アンテナからの電圧を提供する。

１つの代替案は、各キャパシタ上に、これらのキャパシタを直列に接続可能であるように正しい極性を有する出力電圧を提供することである。

図９はこの手法を示す。

基本的な構成要素はこの場合も、Ｄ１、Ｄ２、Ｃ１、及び３８で規定される多入力電圧ダブラである。３つのアンテナがあるので、第１の回路はダイオードＤ３も有する。第１の回路は、出力キャパシタＣ２０上に（第１のアンテナ２０の）電圧を蓄積する。

第２のアンテナ２８は、Ｃ１０、Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ３０、及び３８０で規定される各自の多入力電圧ダブラを有する。第２の回路は、出力キャパシタＣ２８上に（第２のアンテナ２８の）電圧を蓄積する。

第３のアンテナ４０は、Ｃ１００、Ｄ１００、Ｄ２００、Ｄ３００、及び３８００で規定される各自の多入力電圧ダブラを有する。第３の回路は、出力キャパシタＣ４０上に（第３のアンテナ４０の）電圧を蓄積する。

従って、上述したタイプの同等の回路が３つあり、その各々が加算ノードにおいて３つ全てのアンテナ信号を受信する。様々なダイオード及びそれらの向きによって、合成アンテナ信号が適切な極性で各キャパシタ上に蓄積されることが確実となるので、３つの出力キャパシタを直列に積層することができる。基本的に、図４の基本回路を３回コピーして、各出力キャパシタが最高入力電圧差からチャージされるようになっている。

本発明は、複数のアンテナ信号を合成する環境発電の方法として考えることも可能である。第１のアンテナの第１の端子は入力キャパシタを介して加算ノードに結合される。複数のアンテナの各々について、後段の各アンテナの第１のアンテナ端子は前段の各アンテナの第２の端子と結合され、各アンテナの第２のアンテナ端子からの信号は各ダイオードを介して電圧増倍回路の加算ノードに与えられる。

このシステムは、組み合わせたシステムが入射角には無関係に常にエネルギを取り出せるように構成されている。

本発明は、電力を採取することにより動作する任意の低電力デバイスに適用可能である。例えば健康管理のため、又は照明及び建物管理のためのセンサノードは、その一例である。ＲＦＩＤタグもこの手法を使用可能であり、より小型化し、外部アンテナの必要性をなくすことができる。

小型のＲＦＩＤデバイスは、例えば３Ｄ印刷された物体に注入し、信憑性の証明として、又は特定のソフトウェアアプリケーションに物体をリンクさせるように機能することができる。

環境発電回路を用いたセンサノードは、データ交換に用いられる電力伝達チャネルを備えることができる。これは例えば、無線周波数集積回路シンポジウム（ＲＦＩＣ）、２０１３ ＩＥＥＥ（２０１３年６月２〜４日）で発表された、Ｈａｏ ＧＡＯ等の「Ａ ７１ＧＨｚ Ｅｎｅｒｇｙ Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ Ｔａｇ ｗｉｔｈ ８％ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ６５ｎｍ ＣＭＯＳ」（４０３〜４０６ページ）によりよく知られている。

上記の回路はダイオード回路である。ダイオードはダイオード接続されたトランジスタとして実施され得る。トランジスタはバイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタとすればよく、他の非線形半導体コンポーネントも使用可能である。

特許請求する本発明を実施する際には、図面、開示、添付の特許請求の範囲を検討することから、開示する実施形態の他の変形を当業者によって理解し実施することができる。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。相互に異なる独立項に特定の尺度（ｍｅａｓｕｒｅｓ）が記載されているという事実だけで、これらの尺度を組み合わせて有利に使用することが不可能であると示されるわけではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照記号も範囲を限定するものとして解釈されない。

Claims (15)

1. 環境発電システムにおいて用いるための回路であって、
   入力キャパシタを介して加算ノードに結合された第１の端子と、第１のダイオードを介して前記加算ノードに結合された第２の端子と、を有する第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナの前記第２の端子に結合された第１の端子と、第２のダイオードを介して前記加算ノードに結合された第２の端子と、を有する第２のアンテナと、
   を備え、前記加算ノードが出力ダイオードを介して出力ノードに結合され、前記出力ノードに出力キャパシタが設けられている、回路。
2. 前記第１のダイオード、前記第２のダイオード、及び前記出力ダイオード、並びに前記入力キャパシタ及び前記出力キャパシタが、電圧増倍回路を形成する、請求項１に記載の回路。
3. 前記出力ノード及び前記第１のアンテナの前記第１の端子又は前記第２のアンテナの前記第２の端子に結合され、前記出力ノードにおける電圧の増倍のために適合された、別の電圧増倍回路を更に備える、請求項２に記載の回路。
4. 前記第１のアンテナの前記第１の端子が第３のダイオードを介して第２の加算ノードに結合され、
   前記第２のアンテナの前記第１の端子が第４のダイオードを介して前記第２の加算ノードに結合され、
   前記第２の加算ノードが第２の出力ダイオードを介して前記出力ノード又は第２の出力ノードに結合され、
   前記回路が、前記第２の加算ノードと前記第２のアンテナの前記第２の端子との間に結合された第２の入力キャパシタを備える、請求項１から２のいずれか１項に記載の回路。
5. 前記第２の加算ノードが、前記第２の出力ダイオードを介して前記第２の出力ノードに結合され、前記第２の出力ノードに第２の回路の出力キャパシタが設けられている、請求項４に記載の回路。
6. 前記第３のダイオード、前記第４のダイオード、及び前記第２の出力ダイオード、並びに前記第２の入力キャパシタが、補助電圧増倍回路を形成する、請求項５に記載の回路。
7. 前記第２の出力ノードにおける電圧の増倍のために適合された電圧増倍回路を更に備える、請求項６に記載の回路。
8. 前記出力ノード及び前記第２の出力ノードが相互に逆の極性の電圧を出力するためのものであり、前記第１のアンテナの前記第１の端子が逆方向の前記第３のダイオードを介して前記第２の加算ノードに結合され、前記第２のアンテナの前記第１の端子が逆方向の前記第４のダイオードを介して前記第２の加算ノードに結合されるか、又は、
   前記第１の出力ノード及び前記第２の出力ノードが相互に同一の極性の電圧を出力するためのものであり、前記第１のアンテナの前記第１の端子が順方向の前記第３のダイオードを介して前記第２の加算ノードに結合され、前記第２のアンテナの前記第１の端子が順方向の前記第４のダイオードを介して前記第２の加算ノードに結合されている、請求項５に記載の回路。
9. 少なくとも１つの別のアンテナを更に備え、
   前記別のアンテナ又は前記別のアンテナの各々が、前段のアンテナの前記第２の端子に結合された第１の端子と、各ダイオードを介して前記加算ノードに結合された第２の端子と、を有する、請求項１又は２に記載の回路。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の回路を備える、誘導性、容量性、又は電磁性のセンサノードの電力伝達によって電力を供給される、電子デバイス。
11. 複数のアンテナ信号を合成する環境発電の方法であって、
    第１のアンテナの第１の端子を、入力キャパシタを介して加算ノードに結合することと、
    前記複数のアンテナの各々について、
    後段の各アンテナの第１のアンテナ端子を、前段の各アンテナの第２の端子と結合することと、
    各アンテナの前記第２のアンテナ端子からの信号を、各ダイオードを介して電圧増倍回路の前記加算ノードに提供することと、
    を備える、方法。
12. 前記電圧増倍回路の出力において電圧の別の電圧増倍を実行することを更に備える、請求項１１に記載の方法。
13. 各アンテナ信号の第１のアンテナ端子からの信号を、各ダイオードを介して第２の電圧増倍回路の加算ノードに提供することを更に備える、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記第２の電圧増倍回路の出力において電圧の別の電圧増倍を実行することを更に備える、請求項１３に記載の方法。
15. 第１の極性の電力供給のため、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法を実行することと、
    第２の逆の極性の電力供給のため、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法を実行することと、
    を備える、環境発電の方法。

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