[發明專利]固支梁自供電收發組件中微納電磁光熱集成能量收集器

在審

• 申請號: 201810208193.8
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108377111A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 廖小平;陳晨
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H02J7/32;H04B1/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種固支梁自供電收發組件中微納電磁光熱集成能量收集器，其特征在于該收發組件是由微波天線(1)、收發轉換電路(2)、固支梁LC帶通濾波器(3)、低噪聲放大器(4)、接收混頻器(5)、本地振蕩器(6)、中頻濾波器(7)、發射混頻器(8)、功率放大器(9)、帶通濾波器(10)、固支梁LC帶阻濾波器(11)、電磁-熱-電能量轉換器(12)、充電電池(13)、直流電源(15)和光、熱能量收集器(14)構成；具體結構的連接關系如下：微波天線(1)連接收發轉換電路(2)，收發轉換電路(2)輸出端連接固支梁LC帶通濾波器(3)，固支梁LC帶通濾波器(3)連接低噪聲放大器(4)，低噪聲放大器(4)的輸出連接接收混頻器(5)的一個信號輸入端，本地振蕩器(6)的一個輸出端與接收混頻器(5)的本地振蕩信號輸入端口相連，接收混頻器(5)的輸出端與中頻濾波器(7)輸入端相連，中頻濾波器(7)的輸出端輸出微波接收機后端可處理的相對穩定的中頻信號，本地振蕩器(6)的另一個輸出端與發射混頻器(8)的本地振蕩信號輸入端口相連，調制信號連接發射混頻器(8)的另一個信號輸入端，發射混頻器(8)的輸出端連接功率放大器(9)的輸入端，功率放大器(9)的輸出端連接帶通濾波器(10)的輸入端，帶通濾波器(10)連接收發轉換電路(2)的輸入端；固支梁LC帶通濾波器(3)的輸入端口與固支梁LC帶阻濾波器(11)的輸入端并聯連接，固支梁LC帶阻濾波器(11)的輸出端連接電磁-熱-電能量轉換器(12)，電磁-熱-電能量轉換器(12)連接充電電池(13)的輸入端，功率放大器(9)連接光、熱能量收集器(14)，光、熱能量收集器(14)的輸出端連接充電電池(13)的輸入端，充電電池(13)與直流電源(15)并聯，為低噪聲放大器(4)、接收混頻器(5)、本地振蕩器(6)、發射混頻器(8)和功率放大器(9)提供能量，該系統完成了對電磁、光、熱能量的集成化收集，實現了系統的自供電；其電磁-熱-電能量轉換器(12)以Si(16)為襯底，在硅襯底(16)上氧化一層SiO₂層(17)，共面波導(18)作為微波信號輸入端，終端電阻(19)位于其末端，將輸入的電磁能量轉化為熱能；P型多晶硅納米線簇(20)，N型多晶硅納米線簇(21)，金屬臂(27)和聚甲基丙烯酸甲酯(26)構成納米熱電堆，靠近終端電阻(19)的一端為熱端(23)，遠離終端電阻(19)的一端為冷端(24)，其中多晶硅納米線簇含有的納米線數量為50-200，多晶硅納米線由深紫外光刻形成，直徑為1-100nm，高度為2-10um；根據Seebeck效應，由納米熱電堆將終端電阻(19)產生的熱轉換為電能，通過輸出電極(22)輸出直流電壓；多晶硅納米線的熱導率遠低于傳統體材料，提高了熱電轉換效率，大大地增大了輸出電壓。

2.根據權利要求1所述的固支梁自供電收發組件中微納電磁光熱集成能量收集器，其特征在于所述的固支梁LC帶通濾波器(3)包括平面電感L1、平面電感L2和電容式固支梁K1、電容式固支梁K2；其中電容式固支梁K1和平面電感L1一端相連構成為濾波器的輸入端，電容式固支梁K1的另一端連接地，平面電感L1的另一端連接電容式固支梁K2和平面電感L2，平面電感L2的另一端接地，電容式固支梁K2另一端作為濾波器的輸出端。

3.根據權利要求1所述的固支梁自供電收發組件中微納電磁光熱集成能量收集器，其特征在于所述的固支梁LC帶阻濾波器(11)包括平面電感L2、平面電感L1和電容式固支梁K2、電容式固支梁K1；其中電容式固支梁K2和平面電感L2一端相連構成為濾波器的輸入端，電容式固支梁K2的另一端連接地，平面電感L2的另一端連接電容式固支梁K1和平面電感L1，平面電感L1的另一端接地，電容式固支梁K1另一端作為濾波器的輸出端。固支梁LC帶阻濾波器(11)阻帶的頻域與固支梁LC帶通濾波器(3)通帶的頻域相同，形成互補。

4.根據權利要求1所述的固支梁自供電收發組件中微納電磁光熱集成能量收集器，其特征在于所述的光、熱能量收集器(14)由制作于同一N型硅襯底(16)上的光電池和熱電式發電機兩個部分構成，中間隔有第一氮化硅薄膜(28)，襯底的下表面制作有絨面結構(29)、第二氮化硅薄膜(30)和背電場結構(31)；在襯底的上表面，在超晶格結構(32)的上方覆蓋了一層外延的單晶硅薄膜(33)，部分為P型摻雜區域，部分為N型摻雜區域(34)，單晶硅薄膜(33)上淀積了一層二氧化硅層鈍化層(35)，通過電極接觸孔與光電池的基區電極(36)和發射區電極(37)相連；熱電式發電機與光電池之間隔有第一氮化硅薄膜(28)，熱電式發電機的主體為熱電堆，由多對熱電偶通過熱電堆下電極(41)和熱電堆上電極(42)串聯而成，垂直襯底表面的N型多晶硅納米線簇(39)和P型多晶硅納米線簇(40)構成了熱電偶的半導體臂，熱電偶之間填充有聚甲基丙烯酸甲酯(43)，在熱電堆的正上方，覆蓋了一塊金屬板(38)。多納米超晶格結構(32)由非晶硅和碳化硅薄膜交替排列而成，每層厚度在1-10nm；基區電極(36)和發射區電極(37)相互交錯，呈叉指形排列。