[發明專利]一種多天線并聯式射頻能量收集器

在審

• 申請號: 201710189960.0
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106961166A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 李效龍;汪建榮;孫利成;袁鼎峰;解志斌;蘇胤杰;魏雪云
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02J50/27
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及生物醫療電子器械領域，具體是一種多天線并聯式射頻能量收集器。

背景技術

射頻能量收集是實現如植入式醫療器械等低功耗電子設備長期免維護工作的一項關鍵技術，其原理是通過從周圍環境或特定的能量源捕獲能量并將其轉化為電能，經存儲后提供給所述低功耗電子設備使用。目前，低功耗電子設備正朝集成化、微型化、無線化及智能化等方向迅速發展，而植入式醫療電子設備作為一種低功耗電子設備，其體積更小、功耗更低。為了適應植入式醫療電子設備的需求以及避免電池的頻繁更換，射頻能量無線供電是為植入式醫療電子設備無線供能的可選方案。現有的Villard射頻能量收集器由單個天線和多級倍壓整流網絡構成，其在植入式醫療電子設備中應用存在以下局限性：

1、一般來說，射頻能量源的發射功率較小，由于Villard射頻能量收集器只有單個接收天線，其單位時間內收集的能量也比較少，使得Villard射頻能量收集器的輸出電流較低；

2、由于Villard射頻能量收集器的單個接收天線收集的能量比較小，加之其倍壓整流網絡自身具有能量損耗，導致Villard射頻能量收集器的系統轉換效率較低。

因此，需要一種新的射頻能量收集器，能夠提高輸出電流和能量轉換效率，從而能夠為如植入式醫療電子設備等低功耗電子設備無線供能，避免頻繁更換其電池。

發明內容

本發明的目的是為了解決和克服現有Villard射頻能量收集器所存在的技術問題和缺陷，提供一種多天線并聯式射頻能量收集器。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多天線并聯式射頻能量收集器，由第一天線至第N天線這N個天線和第一倍壓整流網絡至第N+M倍壓整流網絡這N+M個倍壓整流網絡構成，N>1，M>1，其中，每個倍壓整流網絡為二端口網絡，第一天線至第N天線按照一一對應的方式連接至第一倍壓整流網絡至第N倍壓整流網絡的第一輸入端，第一倍壓整流網絡至第N倍壓整流網絡的第二輸入端均接地，第一倍壓整流網絡至第N倍壓整流網絡的第一輸出端同時連接至第N+1倍壓整流網絡的第一輸入端，第一倍壓整流網絡至第N倍壓整流網絡的第二輸出端同時連接至第N+1倍壓整流網絡的第二輸入端；第N+1倍壓整流網絡至第N+M倍壓整流網絡依次級聯，且所述第N+M倍壓整流網絡的第二輸出端作為所述多天線并聯式射頻能量收集器的能量輸出端。

進一步的，所述N個天線選自陶瓷天線、橡膠天線或微帶天線中的一種或多種。

進一步的，所述N個天線均為微帶天線，所述微帶天線均使用FR_4作為介質基板，其介電常數Er為4.4，損耗正切角為0.02，厚度為2.54mm。

進一步的，所述微帶天線采用蛇形曲流設計結構，包括首端的矩形金屬微帶線部分以及續接在所述矩形金屬微帶線一側的蛇形彎繞部分，所述蛇形彎繞部分由多個上部的蜿蜒段、多個下部的蜿蜒段以及連接在相應的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之間的豎直段組成。

進一步的，所述矩形金屬微帶線部分的輸入阻抗為50Ω，寬度和長度分別取值1.8mm和2mm。

進一步的，所述蛇形彎繞部分與所述矩形金屬微帶線一側的續接微帶線長度為1.5mm，所述續接微帶線上設有圓形饋電點，所述圓形饋電點的直徑為0.8mm。

進一步的，所述蛇形彎繞部分的上部的蜿蜒段寬度和下部的蜿蜒段的寬度均為0.5mm，且相鄰的上部的蜿蜒段之間的間隙和相鄰的下部的蜿蜒段之間的間隙均為0.3mm；所述蛇形彎繞部分上部的蜿蜒段的高度為1mm，所述下部的蜿蜒段的高度為1.6mm，連接在相對應的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之間的豎直段的高度為3mm。

進一步的，所述N+M個倍壓整流網絡均相同。

進一步的，所述倍壓整流網絡由兩個電容和兩個肖特基二極管或兩個場效應管組成，具體電路連接為：第一個電容的一端為該倍壓整流網絡的第一輸入端，另一端連接第一個肖特基二極管的陰極和第二個肖特基二極管的陽極，所述第一個肖特基二極管的陽極作為該倍壓整流網絡的第二輸入端，并通過第二個電容和第二個肖特基二極管的陰極相連，第二個肖特基二極管的陽極作為該倍壓整流網絡的第一輸出端，第二個肖特基二極管的陰極作為該倍壓整流網絡的第二輸出端；當所述肖特基二極管采用具有低閾值或開啟電壓的場效應管代替時，需將場效應管的柵極和漏極連接到一起，充當肖特基二極管的陽極，而場效應管的源極充當肖特基二極管的陰極。