一種適用于手機(jī)和wifi的射頻電磁波能量收集陣列魔方的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁波能量收集天線領(lǐng)域，涉及到一種多頻，寬頻陣列天線的設(shè)計(jì)及一種寬頻匹配電路和整流儲(chǔ)能電路的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，各種無(wú)線電子產(chǎn)品充斥在人們的生產(chǎn)生活中。除了日常生活中廣泛使用的無(wú)線鑰匙、藍(lán)牙耳機(jī)、手機(jī)等，在工業(yè)領(lǐng)域，大量的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)分布在各種環(huán)境中，實(shí)時(shí)地傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，方便工業(yè)控制及生產(chǎn)；在一些特殊環(huán)境中，如高輻射、高溫、高空、高寒地區(qū)，不方便人類直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)安裝無(wú)線傳感器完成監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)傳輸；尤其在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，近年來(lái)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展。在種植、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工與運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，通過(guò)其感知層的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)采集土壤、魚(yú)塘、植物等農(nóng)業(yè)對(duì)象的信息并傳回，方便對(duì)信息進(jìn)行處理和決策?？梢?jiàn)，各種無(wú)線電子產(chǎn)品給我們的生活提供了很大便利，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展進(jìn)入了新階段。但是，電子設(shè)備及無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的可靠持續(xù)供電問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于一些常用的電子產(chǎn)品，如藍(lán)牙耳機(jī)、無(wú)線鑰匙、溫濕度傳感器等，電池更換比較方便；但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中規(guī)模和數(shù)量龐大的傳感節(jié)點(diǎn)，人力進(jìn)行電池更換將費(fèi)時(shí)費(fèi)力。尤其工作在特殊環(huán)境中的電子設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行電池更換不但麻煩而且危險(xiǎn)，并且，隨著無(wú)線電子設(shè)備的微型化設(shè)計(jì)，電池的更換越來(lái)越不方便，同時(shí)，更換的廢舊電池，還會(huì)增加環(huán)境污染。因此，發(fā)展綠色環(huán)保免維護(hù)的新型供電方式符合當(dāng)前無(wú)線傳感器長(zhǎng)期可靠供電的迫切需求，同時(shí)對(duì)降低人力成本、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的實(shí)際意義。
[0003]隨著微電子技術(shù)與集成電路(Integrated Circuit，IC)制造工藝的發(fā)展，芯片的尺寸越來(lái)越小，集成電路的功耗不斷降低，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)功耗已經(jīng)達(dá)到微瓦級(jí)。另一方面，周?chē)h(huán)境中存在著各種能量，如豐富的射頻能、太陽(yáng)能、風(fēng)能和振動(dòng)能等，如將這些能量有效收集并轉(zhuǎn)化應(yīng)用，就可以成為無(wú)線傳感器的新型供電方式，取代額外的普通電池供電。在當(dāng)前各種無(wú)線設(shè)備普及的社會(huì)，射頻電磁波能量普遍存在于我們周?chē)h(huán)境中。射頻能量存在于周?chē)h(huán)境中的普遍性以及射頻能量收集的便利性和可行性，使其在低功耗自供電系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣闊前景。近些年，基于無(wú)線能量傳輸理論的射頻能量收集技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于低功耗的電子設(shè)備，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、電子醫(yī)療設(shè)備、RFID等低功耗的電子設(shè)備。射頻能量收集主要通過(guò)整流天線、能量管理等模塊實(shí)現(xiàn)。其中，整流天線部分最為關(guān)鍵。而在關(guān)于整流天線的研究中，微帶天線因其重量輕、成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制作及系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，易于批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的關(guān)注。因此高性能微帶天線的研究與設(shè)計(jì)對(duì)整流天線乃至射頻能量收集系統(tǒng)研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種手機(jī)和wifi的射頻能量收集裝置。主要應(yīng)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、RFID等低功耗電子設(shè)備的供電，以擺脫電池的束縛，降低成本、減小體積、便于攜帶，能適于大規(guī)模的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種適用于手機(jī)和wifi的射頻電磁波能量收集陣列魔方，該裝置的四個(gè)側(cè)面由四個(gè)陣列天線貼片圍成，裝置的頂面為能量回收板；所述四個(gè)陣列天線貼片朝外放置時(shí)能夠構(gòu)成一個(gè)外開(kāi)放式的能量魔方，用于收集周?chē)h(huán)境中的射頻能量；當(dāng)把四個(gè)陣列天線貼片朝內(nèi)放置時(shí)能夠構(gòu)成一個(gè)內(nèi)封閉式的能量魔方，用于收集封閉區(qū)域內(nèi)的射頻能量；
[0006]所述陣列天線貼片包括兩層第一介質(zhì)，所述兩層第一介質(zhì)之間用第二介質(zhì)隔開(kāi)，所述第一層第一介質(zhì)的一側(cè)表面貼有四個(gè)由環(huán)形金屬片組成的陣列天線的陣元，所述陣列天線的陣元上挖去兩對(duì)C型環(huán)，所述兩對(duì)C型環(huán)弧形口兩兩相對(duì)，分別為第一對(duì)C型環(huán)，第二對(duì)C型環(huán)，所述第一對(duì)C型環(huán)包裹第二對(duì)C型環(huán)，且兩對(duì)C型環(huán)弧形缺口的中心在空間上互差90度，所述四個(gè)陣列天線的陣元的輸入端口用金屬互連線連接，所述金屬互連線的中心輸出端和陣列天線的饋線相連，所述陣列天線的饋線輸出和SMA接口相連；所述第二層第一介質(zhì)的一側(cè)表面貼有金屬薄片，且該金屬薄片作為接地板；
[0007]所述能量回收板所在底板的四個(gè)邊均貼裝有能量管理電路，能量管理電路的輸入端與SMA接口相連，能量管理電路的輸出端均與能量回收板的中心輸出端口相連，能量回收板的中心輸出端口與負(fù)載相連。
[0008]進(jìn)一步，所述金屬薄片為銅片，厚度為0.018mm。
[0009]進(jìn)一步，所述金屬互連線的寬度為2mm，所述陣列天線的饋線的寬度為4mm，所述金屬互連線和陣列天線的饋線的材質(zhì)為銅。
[0010]進(jìn)一步，所述第一介質(zhì)為FR4板，厚度為1.6mm ;所述第二介質(zhì)為空氣層，厚度為7mm0
[0011]進(jìn)一步，所述陣列天線的陣元為銅片，陣列天線的陣元的外圓周到第一介質(zhì)邊緣的最近距離為24.7mm，所述第一對(duì)C型環(huán)的半徑為15mm，所述第二對(duì)C型環(huán)的半徑為12mm，所述第一對(duì)C型環(huán)的缺口的最近距離為4mm，所述第二對(duì)C型環(huán)的缺口的最近距離為6mm，所述兩對(duì)C型環(huán)的厚度為1_。
[0012]進(jìn)一步，所述兩層第一介質(zhì)的四個(gè)邊角用塑料螺絲固定，所述四個(gè)陣列天線貼片之間能夠粘接在一起。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果為:
[0014]I)帶空氣介質(zhì)層的環(huán)形陣列天線可實(shí)現(xiàn)雙頻化，可收集1.9GHz和2.4GHz的射頻能，即該天線可同時(shí)收集環(huán)境中的手機(jī)和wifi的射頻能量。同時(shí)該天線實(shí)行了寬頻化，使得可收集的電磁波頻段更廣，以及該天線設(shè)置成陣列天線可更多的收集射頻能量。
[0015]2)該裝置的底板的匹配電路實(shí)現(xiàn)了寬頻上的匹配，且整個(gè)地板可達(dá)到能量整合的作用。同時(shí)本發(fā)明的魔方可有兩種形態(tài)，外開(kāi)放式形態(tài)和內(nèi)封閉式形態(tài)，當(dāng)本發(fā)明的能量魔方處于外開(kāi)放式時(shí)，可收集周?chē)h(huán)境中的電磁波能量。當(dāng)本發(fā)明的能量魔方處于內(nèi)封閉式的時(shí)，不但可以屏蔽手機(jī)輻射對(duì)人體的傷害，而且可以收集手機(jī)的輻射能量。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的陣列天線貼片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明中陣列天線貼片的俯視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明陣列天線貼片朝外的能量魔方示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明陣列天線貼片朝內(nèi)的能量魔方示意圖。
[0020]圖中:1為第一介質(zhì)；2為空氣作為第二介質(zhì)；3為陣列天線的陣元；4為第一對(duì)C型環(huán)；5為第二對(duì)C型環(huán)；6為陣列天線的饋線；7為接地板；8為SMA接口 ；9為底板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0022]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0023]如圖3 (或圖4)所示，一種手機(jī)和wifi的射頻能量收集裝置，該裝置為魔方結(jié)構(gòu)，裝置的四個(gè)側(cè)面由四個(gè)陣列天線貼片圍成，裝置的頂面為能量回收板。所述能量回收板所在底板9的四個(gè)邊均貼裝有能量管理電路，能量管理電路的輸入端與SMA接口 8相連，能量管理電路的輸出端均與能量回收板的中心輸出端口相連，能量回收板的中心輸出端口與負(fù)載相連。
[0024]如圖1-2所示，所述陣列天線貼片包括兩層第一介質(zhì)1，所述兩層第一介質(zhì)I之間用第二介質(zhì)2隔開(kāi)，所述頂層第一介質(zhì)I的上表面貼有四個(gè)由環(huán)形金屬片組成的陣列天線的陣元3，所述陣列天線的陣元3上摳去兩對(duì)C型環(huán)，所述兩對(duì)C型環(huán)弧形口兩