天线设计射频能量收获

关键的外卖

• 操作频率的选择是很重要的,高频率适合远程电力收获和较低的频率为近场的应用。

• 平衡带宽是至关重要的,宽的带宽天线捕获入射能量有效,但更容易受到干扰,而狭窄的带宽天线提供高的能量转换效率,但检索一个有限的能量。

• 单个模块的有效集成是至关重要的优化射频能量收集系统的整体效率。

天线用于无线电频率识别

收获,也称为能量收集,收集能量的方法从周围环境中利用各种不同的技术。在这些方法中,射频无线能量收获拥有巨大的潜力,因为它可以取代电池或大大延长它们的寿命。无线电频率能量收获是一种很有前途的技术,利用射频电磁波发现我们周围,用它作为一种可行的能源未来的应用程序。然而,为了利用这种新技术,智能和高效的天线设计的射频能量收获是至关重要的。

天线射频能量收获的设计技巧

天线设计forRF能量收获背景

丰富的无线信号,包括移动基站、无线网络、广播和电视发射机和微波无线电和移动电话,导致一个重要的射频能量作为环境能源的增长。然而,与其他能源相比,射频能量的能量密度相对较低,从0.2西北/ cm2 1μW /平方厘米。收获这种能量为低功耗设备,如无线传感器网络(网络),一生可以极大地扩展他们的经营也带来了挑战,收获系统需要类似大小的传感器节点。

为了收获环境射频能量,高效和高增益天线需要收集周围的射频波,然后转换成直流电压通过整流电路。随后收获直流能量存储在低损耗电容器或电池,直到所需的电子组件,如物联网节点传感器、微控制器。很明显,天线的效率,整流电路和电力存储组件显著影响的能量收获和可用设备。

射频能量收获类型

射频能量可以分为环境和射频,取决于它的源和目的。两种类型可以用于能源收集应用程序,展示利用射频资源收集环境能量的机会。此外,RF-EH展品低功率密度比其他可再生能源。然而,RF-EH面临的密度问题相对较小,尤其是sub-microwatt范围。

射频有限密度可以有效地利用在两个场景:ultrapowered设备连续操作(non-duty-cycled)和低功耗的应用程序,如频宽比操作和低功率无线传感器在delay-limited设备。在这些情况下,有必要收获足够多的射频能量启动系统操作之前。

射频能量收集系统

无线电力的效率收获(WPH)系统极大地依赖于选择合适的操作频率符合应用程序的需求。

经营范围主要取决于使用的频率。高频传输由大气条件更容易衰减,而低频信号可以更有效地穿透问题。因此,WPH专门植入设备的应用,建议保持传输频率低于兆赫范围。

然而,尤其是远程获取或传输,高频率,如2.45和5.24 GHz的首选,而近场应用使电磁波在兆赫范围。在密集的环境或真空条件设置,非常低的频率(~千赫)更可取的。

除了操作频率和距离,电压倍增器的合适的拓扑WPH系统是由所需的输出功率和电压。天线的设计必须根据匹配的增益、频率和大小规格。同样重要的是选择正确的整流元件的能量转化效率。

天线增益的选择依赖于特定的应用程序需求。在这种情况下,源和接收天线的位置,一个高增益微波提供了一个优势。相反,如果位置相对不确定的,低增益天线允许同时收集来自不同方向的信号。

天线的电容和电感是受频率和身体大小的影响。大天线往往有较低的共振频率,使它们适合传输和接收低频波但不切实际的小装置的应用程序。

天线的带宽包含的频率函数优化。窄带宽天线相比,大带宽天线能够捕获来自更广泛的光谱信号的频率。因此,大带宽天线提供了有效地捕获入射能量的优势。然而,它也带来了更高的潜在脆弱性造成不必要的干扰频率,如噪音。换句话说,宽带和多波段频率天线可以捕获更多的射频能量空间,但他们有较低的权衡整体效率和更大的孔径要求。另一方面,窄带天线已被证明提供高能源转换效率,但检索有限的能量。

良好的天线设计依赖于一个有效的射频能量收集系统

WPH系统的整体效率是由单个模块的效率和成功的集成。优化的总效率,最大化每个模块的效率是至关重要的,无缝集成他们以和谐的方式。

射频能量收获的关键部件包括天线接收器,阻抗匹配网络整流电路或电压乘法器电路,除了直流输出直接存储能量或立即使用它在一个应用程序。

电力系统电力在传输过程中泄漏会导致精力不足。为了解决这个问题,增加一个阻抗匹配网络(IMN)确保最大功率射频源和负载之间的转移。当考虑WPH应用程序,接收天线被视为源,而整流/电压乘法器被视为负载。很重要的是,为了优化电力传输直流,源的电阻和负载应该一律平等。L,反向L、T和π网络都是各种常见的配置可用于阻抗匹配网络的设计。

设计师寻求提高天线设计射频能量收获,节奏的心田软件是一个有价值的工具。以其全面的功能和仿真功能,设计师可以有效地分析和优化天线的性能,确保最大能量捕获。利用节奏心田;软件简化天线设计过程和释放射频能量收获的全部潜力。

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