TWI396860B - Passive electric field strength detector - Google Patents

Description

被動式電場強度檢波器

本發明係有關一種被動式電場強度檢波器，尤指一種免外部電源供應的被動式電場強度檢波器，俾能於電場強度達到發光元件的工作電壓時，則可點亮發光元件以顯示電磁波訊號的強度狀態者。

隨著近年來各種無線通訊技術的蓬勃發展，許多電子產品紛紛趨向無線化，而目前無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification,RFID)(請參看附件2之參考文獻[1])，廣泛應用的頻段為高頻(HF：High Frequency)，此頻段範圍從3至30MHz間，一般運用於高頻(HF)頻段的有：長距離點與點間通信及廣播、業餘通信、無線電天文、航空行動、短波廣播及民用無線電等，如附件2之參考文獻[2]所示。

由於宇宙中充滿輻射的緣故，所以相對的地球上的生命便長期暴露於自然環境的輻射中。輻射包括不同能量的電磁波(例如光線、無線電波及X射線等)、超聲波，以及由放射性物質因衰變放出的粒子(例如α粒子及β粒子等)。其中輻射大致可分為非電離輻射及電離輻射兩類。

一般而言，非電離輻射(例如光線及無線電波)的能量較低，不足以改變物質的化學性質；而電離輻射(例如α粒子及β粒子等)有足夠的能量使原子中的電子游離而產生帶電離子。這個電離過程通常會導致生物組織產生化學變化，因而對生物構成傷害。故一般所指可引起傷害的輻射，就是電離輻射。而輻射是無聲、無色、無臭、無味，亦無法憑觸覺感覺其存在。但人們可利用儀器進行探測和量測，證實輻射的存在。量測結果與行政院環境保護署公告「非游離輻射環境建議值」(以下簡稱環境建議值)比較，若超過「環境建議值」則採用天線與頻譜分析儀(Specturm)如附件2之參考文獻[3]組成之量測系統進行量測及確認。以確定受測廣播電臺或行動電話基地臺等在其周遭環境所產生的電磁波強度是否超過「環境建議值」，如附件2之參考文獻[5]及[6]。而且，上述各參考文獻所揭示的技術內容，並無一種可以達到本發明之目的與功效。

本發明之主要目的在於提供一種免外部電源供應的被動式電場強度檢波器，主要係透過發光元件的點亮狀態，讓使用者可以輕易地偵測出信號源發射的電磁波訊號強度，而可應用於RFID信號以及一般居家或是戶外的電場強度的檢測用途上，因而具有無需外加電源、電路結構簡化、成本低廉、量測簡易快速以及體積小方便攜帶等諸多特點。

為達成上述功效，本發明所採用之技術手段係包括一接收天線、一檢波電路以及至少一發光元件，接收天線用以接收空中的電磁波訊號，並將電磁波訊號輸出為電訊號，檢波電路則用以將電訊號予以整流並提升電壓值，發光元件則與檢波電路電性連接，當電訊號達到發光元件的工作電壓時，俾能點亮發光元件以顯示電磁波訊號的強度狀態者。

壹．本發明之技術概念與特點

請參看第一至五圖所示，本發明主要係應用在RFID信號的量測；或是作為一般居家、戶外電場強度的檢測用途上，於RFID信號的量測時，主要係針對RFID讀取器(70)的發射訊號強度進行量測，並可透過發光元件(50)的點亮狀態來做判斷及辨識，當發光元件(50)點亮時，代表附近有電場產生，而其強度判斷則是由點亮的發光元件(50)數量來判定，當點亮的發光元件(50)數量愈多則代表電場強度愈強，反之，當點亮的發光元件(50)數量愈少(甚至不亮)則代表電場強度愈弱(甚至無電場產生)，如此可讓使用者輕易地判斷出信號源發射的電磁波訊號強度，因而具有無需外加電源、電路結構簡化、成本低廉、量測簡易快速以及體積小方便攜帶等諸多特點。

貳．本發明基本實施例

請參看第一至三圖所示，為達成上述功效，本發明基本實施例的技術特徵，係包括一接收天線(20)、一檢波電路(30)、一匹配電路(40)以及至少一發光元件(50)，其中，接收天線(20)用以接收空中(待測環境中)的電磁波訊號，並將電磁波訊號輸出為電訊號，檢波電路(30)則用以將電訊號予以整流並提升電壓值，匹配電路(40)則介置在接收天線(20)與檢波電路(30)連接電路上，使接收天線(20)與檢波電路(30)之頻率點可以匹配至所需的操作頻率上。換言之，即讓接收天線(20)與檢波電路(30)可以達到阻抗匹配之目的，藉以傳輸訊號的最大功率，並可提升訊號接收的靈敏度。發光元件(50)則與檢波電路(30)電性連接，當電訊號達到發光元件(50)的工作電壓時，則可點亮發光元件(50)，以顯示電磁波訊號的強度狀態，且上述發光元件(50)的具體實施例可以是一般低功率的發光二極體(LED)。

參．本發明具體實施例

請參看第一、二、四圖及第五圖所示，本發明於一種較為具體的實施例中，本發明更包括有一供匹配電路(40)、檢波電路(30)以及發光元件(50)設置其上的電路基板(10)，並於電路基板(10)設有一可供接收天線(20)末端電性插接而做訊號連通的訊號接座(11)。另一方面，檢波電路(30)的具體實施例是由複數階相互串接的整流倍壓電路(31)所組成，每一整流倍壓電路(31)係由一二極體及一電容器組成。具體來說，本發明檢波電路(30)係由9階的整流倍壓電路(31)所組成，而發光元件(50)的數量則為三個，而可分別串接在第3、6及第9階的整流倍壓電路(31)上，藉以顯示電磁波訊號的強度狀態。

上述具體實施例中，為保護電路基板(10)以及可供使用者方便握持以進行量測電場之目的，本發明更包括一可供電路基板(10)組設其內的殼體(60)，如第四圖所示。另，第五圖係為本發明於量測RFID讀取器(70)之發射訊號強度的實施示意圖。此外，上述匹配電路(40)的具體實施例則是由3個相互串接的LC電路(41)所組成，且LC電路(41)則是由電感與電容器所組成。而且本發明對於待測環境中所欲檢測的電磁波訊號頻率可以是13.56MHz，而於頻率為13.56MHz時的散色參數|S₁₁ |則為-18.9dB。

肆．本發明之電路工作原理

請參看第一至五圖所示，本發明之電路工作原理，係透過接收天線(20)將存在空中的電磁波訊號予以接收並經磁電轉換為電訊號，此電訊號經匹配電路(40)到檢波電路(30)後，若電場強度夠強，則經檢波電路(30)之第3階整流倍壓電路(31)的電訊號則足以驅動第一個發光元件(50)，使第一個發光元件(50)點亮，反之，當電訊號不足以驅動第一個發光元件(50)時，第一個發光元件(50)則不亮；此時電訊號會在經第6階整流倍壓電路(31)，倘若電訊號足以驅動第二個發光元件(50)時，第二個發光元件(50)則點亮，反之，當電訊號不足以驅動第二個發光元件(50)時，第二個發光元件(50)則不亮；最後電訊號會經第9階整流倍壓電路(31)，當電訊號足以驅動第三個發光元件(50)時，第三個發光元件(50)則點亮，反之，當電訊號不足以驅動第三個發光元件(50)時，第三個發光元件(50)則不亮。

伍．本發明之電路實作與量測

本發明整體技術是由接收天線(20)、匹配電路(40)、檢波電路(30)及發光元件(50)(其中，發光元件(50)的最佳實施例為發光二極體(LED))所組成，電路實作則使用FR-4雙面板進行，基板厚度為1.6mm，相對介電常數為4.3，其電路如附件1圖1所示，左邊為天線輸入，依次為匹配電路(40)、檢波電路(30)與發光二極體(LED)，實作電路則如附件1圖2所示，電路尺寸為4cm×1.4cm。

如附件1圖1所示，本發明之接收天線(20)可依操作的操作頻率的不同而更換不同頻率的接收天線(20)；檢波電路(30)則是由9階的整流倍壓電路(31)所組成，每一整流倍壓電路(31)則由二極體與電容器組成，用以將電訊號以整流倍壓型式來提昇檢測電壓，並可以依據所需感度增加或減少階數；同時加上發光元件(50)以做為信號強度的顯示裝置，發光元件(50)可以依據測感度做位置上的調整，本發明係於第3、6及9階的整流倍壓電路(31)位置上設置發光元件(50)，如第二圖及附件1圖1所示，藉以顯示量測之電場訊號強度。另，匹配電路(40)則是藉由向量網路分析儀量測到的特性，依所需操作之操作頻率利用電感器和電容器組成的LC電路(41)將其匹配，本發明使用三個串聯的LC電路(41)來進行匹配。

此外，為使訊號接收感度提昇，可將製作好的檢波電路(30)利用向量網路分析儀將其頻率點匹配至所需頻率13.56MHz，匹配完成之電路散射參數量測圖如第六圖所示，在頻率為13.56MHz時，|S₁₁ |為-18.9dB。

本發明電路量測方法則是使用Agilent N9310A訊號產生器將訊號直接接入，調整頻率為13.56MHz，觀察輸入訊號的強度與LED亮燈數目的變化情形，發光二極體的指示狀態如附件1圖3所示，其觀察頻段為RFID所使用的13.56MHz，當輸入功率為-8dBm時，只有LSB的LED1亮；當輸入功率增加至5dBm時LED2及LED1亮；當輸入功率增加至7dBm時LED3、LED2及LED1皆會亮。由附件1圖3可觀察出，當檢波器在量測信號強度愈強時LED顯示亮的數目愈多，反之則愈少，實際電路圖如附件1圖2所示。

陸．結論

藉由上述技術特徵的建置，本發明確實可以透過發光元件的點亮狀態，讓使用者可以輕易地判偵測出信號源發射的電磁波訊號強度，而可應用於RFID信號以及一般居家或是戶外的電場強度的檢測用途上，因而具有無需外加電源、電路結構簡化、成本低廉、量測簡易快速以及體積小方便攜帶等諸多特點。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(10)．．．電路基板

(11)．．．訊號接座

(20)．．．接收天線

(30)．．．檢波電路

(31)．．．整流倍壓電路

(40)．．．匹配電路

(41)．．．LC電路

(50)．．．發光元件

(60)．．．殼體

(70)．．．RFID讀取器

第一圖係本發明基本電路的控制方塊示意圖。

第二圖係本發明具體電路的控制方塊示意圖。

第三圖係本發明電路工作原理的流程示意圖。

第四圖係本發明基本結構的外觀示意圖。

第五圖係本發明量測電場強度的操作實施示意圖。

第六圖係本發明電路匹配後的之散射參數量測示意圖。

附件一：圖1係本發明電路示意圖；圖2係本發明電路實作的外觀示意圖；圖3係本發明發光二極體的指示狀態圖。

附件二：係本發明之參考文獻。

(10)．．．電路基板

(11)．．．訊號接座

(20)．．．接收天線

(30)．．．檢波電路

(40)．．．匹配電路

(50)．．．發光元件

Claims (10)

1. 一種被動式電場強度檢波器，其包括：一接收天線，其用以接收一待測環境中的電磁波訊號，並將該訊號輸出為電訊號；一檢波電路，其用以將該電訊號予以整流並提升電壓值；及至少一發光元件，其與該檢波電路電性連接，當該電訊號達到該發光元件的工作電壓時，則可點亮該發光元件以顯示該電磁波訊號的強度狀態。
2. 如請求項1所述之被動式電場強度檢波器，其更包含一介置在該接收天線與該檢波電路連接電路上的匹配電路，用以傳輸訊號的最大功率。
3. 一種被動式電場強度檢波器，其包括：一接收天線，其用以接收一待測環境中的電磁波訊號，並將該訊號輸出為電訊號；一檢波電路，其用以將該電訊號予以整流並提升電壓值；一匹配電路，其介置在該接收天線與該檢波電路連接電路上的匹配電路，用以傳輸訊號的最大功率；及至少一發光元件，其與該檢波電路電性連接，當該電訊號達到該發光元件的工作電壓時，則可點亮該發光元件以顯示該電磁波訊號的強度狀態。
4. 如請求項1或3所述之被動式電場強度檢波器，其更包含一供該匹配電路、該檢波電路及該發光元件設置其上的電路基板，該電路基板設有一可供該接收天線末端電性插接而訊號連通的訊號接座。
5. 如請求項1或3所述之被動式電場強度檢波器，其中，該發光元件的數量為三個，該檢波電路係由複數階相互串接的整流倍壓電路所組成，每一該整流倍壓電路係由一二極體及一電容器組成。
6. 如請求項5所述之被動式電場強度檢波器，其中，該檢波電路係由9階的該整流倍壓電路組成，各該發光元件則分別串接在第3、6及第9階的該整流倍壓電路上，藉以顯示該電磁波訊號的強度狀態。
7. 3或6所述之被動式電場強度檢波器，其中，該發光元件係為一發光二極體(LED)。
8. 如請求項1或3所述之被動式電場強度檢波器，其中，該匹配電路由複數個相互串接的LC電路所組成。
9. 如請求項1或3所述之被動式電場強度檢波器，其中，該LC電路數量為三個。
10. 如請求項1~3任一項所述之被動式電場強度檢波器，其中，該電磁波訊號的頻率為13.56MHz，其散色參數|S₁₁ |則為-18.9dB。