本發(fā)明涉及射頻能量收集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

整流天線(xiàn)(rectenna)是作為被利用來(lái)將沖擊該整流天線(xiàn)的周?chē)姶拍芰哭D(zhuǎn)換成直流電(“dc”)電力的一種天線(xiàn)的整流天線(xiàn)。簡(jiǎn)單的整流天線(xiàn)元件的示例包括具有跨越偶極天線(xiàn)端子連接的射頻(“rf”)二極管的偶極天線(xiàn)。在操作的示例中，偶極天線(xiàn)接收沖擊偶極天線(xiàn)的周?chē)姶拍芰?。周?chē)姶拍芰咳缓笤谂紭O天線(xiàn)上感生被傳遞給rf二極管的交流電(“ac電流”)。rf二極管然后對(duì)在偶極天線(xiàn)上感生的ac電流進(jìn)行整流以產(chǎn)生dc電流。dc電流然后給跨越rf二極管端子連接的負(fù)載供電。一般而言，用于整流天線(xiàn)的rf二極管的示例是肖特基(schottky)二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管具有由于ac和dc電流的傳導(dǎo)以及二極管的開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致低功率損耗的低電壓降和高速電特性。

諸如例如p-n結(jié)、pin和肖特基二極管的商用二極管全部具有高于0.3至0.4伏特的導(dǎo)通電壓。遺憾的是，這些導(dǎo)通電壓太高而不能轉(zhuǎn)換由整流天線(xiàn)在沖擊周?chē)姶拍芰渴翘投荒芨猩軌虍a(chǎn)生足夠高以致使二極管導(dǎo)通的電壓的電流的低殘留或超低殘留rf能量的環(huán)境中捕獲的能量的大多數(shù)。在這種情形下，如果沖擊周?chē)姶拍芰康墓β侍投荒墚a(chǎn)生足夠高以致使二極管導(dǎo)通的電壓，則所捕獲的沖擊周?chē)姶拍芰孔鳛闊崂速M(fèi)了。

遺憾的是，這導(dǎo)致能夠用于給現(xiàn)代近零能耗(“nzero”)傳感器供電的浪費(fèi)能量。目前，已經(jīng)為各種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)了許多nzero傳感器。這些nzero傳感器監(jiān)測(cè)航空飛行器、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的各種參數(shù)。附加地，在航空飛行器的示例中，這些nzero傳感器可以位于航空飛行器的不可接近的或不可容易地接近的區(qū)域中。而且，在航空飛行器上的這些nzero傳感器的位置以及nzero傳感器的總數(shù)(其可以是數(shù)以千計(jì)的)可能受基于電線(xiàn)的總重量以及沿著可以為飛機(jī)或太空飛行器的航空飛行器的所需布線(xiàn)路徑二者將nzero傳感器連接到物理電線(xiàn)的能力限制。因此，需要能夠在殘留低或超低殘留低rf能量環(huán)境中操作的無(wú)線(xiàn)高效率rf能量整流系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開(kāi)了一種射頻(“rf”)能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)。所述rfhs包括相控陣天線(xiàn)、電力收集單元(“phu”)和控制器。所述相控陣天線(xiàn)與所述phu和所述控制器二者進(jìn)行信號(hào)通信。所述控制器也與所述phu進(jìn)行信號(hào)通信。所述相控陣天線(xiàn)被配置為接收周?chē)鷕f能量，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生輸入電力信號(hào)。所述phu包括整流器模塊和存儲(chǔ)模塊。所述整流器模塊與所述相控陣天線(xiàn)和所述存儲(chǔ)模塊進(jìn)行信號(hào)通信。所述phu被配置為接收所述輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)。所述控制器被配置為引導(dǎo)所述相控陣天線(xiàn)的天線(xiàn)波束以增加所接收到的周?chē)鷕f能量。一般而言，通過(guò)引導(dǎo)所述天線(xiàn)波束，所述rfhs被配置為通過(guò)在以最小能量使用用于調(diào)諧而利用相控陣天線(xiàn)的情況下使收集效率最大化來(lái)捕獲從不同方向可得到的所述周?chē)鷕f能量。

作為操作的示例，所述rfhs執(zhí)行用于收集所述周?chē)鷕f能量的方法。所述方法包括：利用所述相控陣天線(xiàn)來(lái)接收周?chē)鷕f能量；響應(yīng)于接收到所述周?chē)鷕f能量而利用相控陣天線(xiàn)陣列來(lái)產(chǎn)生輸入電力信號(hào)；利用所述整流器模塊來(lái)對(duì)所述輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)；以及將經(jīng)整流的電力信號(hào)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)模塊中以在所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)量的存儲(chǔ)的電位能。過(guò)程然后利用電力閾值模塊來(lái)確定所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量是否大于預(yù)定閾值，并且在所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量大于或者等于該預(yù)定閾值的情況下，將所存儲(chǔ)的經(jīng)整流的電力信號(hào)發(fā)送到傳感器。

另外公開(kāi)了利用至少兩個(gè)量子隧道二極管的rfhs的實(shí)施方式的另一示例。在此示例中，所述rfhs包括：所述相控陣天線(xiàn)，其被配置為接收所述周?chē)鷕f能量，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生所述輸入電力信號(hào)；以及所述至少兩個(gè)量子隧道二極管，其與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信。所述至少兩個(gè)量子隧道二極管被配置為接收所述輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)。

在研究了附圖和詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的或者將變得顯而易見(jiàn)。所有這些附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)旨在被包括在本說(shuō)明書(shū)內(nèi)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且由隨附權(quán)利要求保護(hù)。

附圖說(shuō)明

可以通過(guò)參照以下圖更好地理解本發(fā)明。圖中的組件未必按比例繪制，而是重點(diǎn)被放在例示本發(fā)明的原理上。在圖中，相同的附圖標(biāo)記在所有不同的視圖中標(biāo)明對(duì)應(yīng)的部分。

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的射頻(“rf”)能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)的實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的rfhs的另一實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。

圖3是根據(jù)本公開(kāi)的rfhs的又一實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。

圖4是根據(jù)本公開(kāi)的圖1、圖2和圖3所示的相控陣天線(xiàn)的實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。

圖5是根據(jù)本公開(kāi)的圖1、圖2和圖3所示的整流器模塊的系統(tǒng)框圖。

圖6a是根據(jù)本公開(kāi)的正向偏壓中的量子隧道二極管的能量帶圖的實(shí)施方式的示例的示意曲線(xiàn)圖。

圖6b是根據(jù)本公開(kāi)的反向偏壓中的量子隧道二極管的能量帶圖的實(shí)施方式的示例的示意曲線(xiàn)圖。

圖7是根據(jù)本公開(kāi)的量子隧道二極管的電流-電壓特性曲線(xiàn)圖的圖。

圖8是根據(jù)本公開(kāi)的圖6a、圖6b和圖7所示的示例量子隧道二極管的導(dǎo)通值的電流密度對(duì)電壓特性曲線(xiàn)圖的圖。

圖9是根據(jù)本公開(kāi)的用于利用rfhs來(lái)收集周?chē)鷕f能量的方法的實(shí)施方式的示例的流程圖。

具體實(shí)施方式

公開(kāi)了用于高效率相控陣rf能量收集和傳遞的射頻(“rf”)能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)。rfhs包括相控陣天線(xiàn)、電力收集單元(“phu”)和控制器。相控陣天線(xiàn)與phu和控制器進(jìn)行信號(hào)通信?？刂破饕才cphu進(jìn)行信號(hào)通信。相控陣天線(xiàn)被配置為接收周?chē)鷕f能量，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生輸入電力信號(hào)。phu包括整流器模塊和存儲(chǔ)模塊。整流器模塊與相控制陣天線(xiàn)和存儲(chǔ)模塊進(jìn)行信號(hào)通信。phu被配置為接收輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生整流的電力信號(hào)。控制器被配置為引導(dǎo)相控陣天線(xiàn)的天線(xiàn)波束以增加所接收到的周?chē)鷕f能量。一般而言，通過(guò)引導(dǎo)天線(xiàn)波束，rfhs被配置為通過(guò)在以最小能量使用用于調(diào)諧而利用相控陣天線(xiàn)的情況下使收集效率最大化來(lái)捕獲從不同方向可得到的周?chē)鷕f能量。

另外公開(kāi)了利用至少兩個(gè)量子隧道二極管的rfhs的實(shí)施方式的另一示例。在此示例中，rfhs包括：相控陣天線(xiàn)，其被配置為接收周?chē)鷕f能量，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生輸入電力信號(hào)；以及至少兩個(gè)量子隧道二極管，其與相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信。所述至少兩個(gè)量子隧道二極管被配置為接收輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)。

作為操作的示例，rfhs執(zhí)行用于收集周?chē)鷕f能量的方法。該方法包括：利用相控陣天線(xiàn)來(lái)接收周?chē)鷕f能量；響應(yīng)于接收到周?chē)鷕f能量而利用相控陣天線(xiàn)來(lái)產(chǎn)生輸入電力信號(hào)；利用整流器模塊來(lái)對(duì)輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)；以及將經(jīng)整流的電力信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊內(nèi)以創(chuàng)建對(duì)應(yīng)量的存儲(chǔ)的電位能。過(guò)程然后利用電力閾值模塊來(lái)確定存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量是否大于預(yù)定閾值，并且在存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量大于或者等于預(yù)定閾值的情況下，將所存儲(chǔ)的整流的電力信號(hào)發(fā)送到傳感器。

在圖1中，根據(jù)本公開(kāi)示出了用于高效率相位陣列rf能量收集和傳遞的射頻(“rf”)能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)100的實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。rfhs100包括相控陣天線(xiàn)102、電力收集單元(“phu”)104和控制器106。在此示例中，phu104經(jīng)由信號(hào)路徑108和110分別與相控陣天線(xiàn)102和控制器106進(jìn)行信號(hào)通信。此外，控制器106也經(jīng)由信號(hào)路徑112與相控陣天線(xiàn)102進(jìn)行信號(hào)通信。

相控陣天線(xiàn)102包括多個(gè)天線(xiàn)元件(未示出)、移相器(未示出)以及被配置為從相控陣天線(xiàn)102的多個(gè)天線(xiàn)元件的組合輻射圖案形成天線(xiàn)波束114的組合器網(wǎng)絡(luò)(未示出)。在此示例中，多個(gè)移相器中的各個(gè)單獨(dú)的移相器與多個(gè)天線(xiàn)元件中的對(duì)應(yīng)單獨(dú)的天線(xiàn)元件進(jìn)行信號(hào)通信。多個(gè)移相器被配置為基于多個(gè)移相器中的單獨(dú)的移相器注入到多個(gè)天線(xiàn)元件中的對(duì)應(yīng)單獨(dú)的天線(xiàn)元件上的相對(duì)相位在方向116上定向(即，引導(dǎo))相控陣天線(xiàn)102的天線(xiàn)波束。相控陣天線(xiàn)102被配置為接收沖擊相控陣天線(xiàn)102的表面的周?chē)鷕f能量118，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)由信號(hào)路徑108被傳遞給phu104的輸入電力信號(hào)120。一般而言，相控陣天線(xiàn)102被設(shè)計(jì)為基于被調(diào)諧到特定rf頻帶的預(yù)定設(shè)計(jì)來(lái)接收周?chē)鷕f能量118。

在此示例中，相控陣天線(xiàn)102可以被配置為在自主搜索模式下執(zhí)行以便使從沖擊相控陣天線(xiàn)102的表面的周?chē)鷕f能量118收集的能量的量最大化。為了實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，多個(gè)移相器中的各個(gè)移相器可以是在沒(méi)有功率耗散的情況下保持設(shè)定的低功率移相器。作為簡(jiǎn)化實(shí)施方式的示例，相控陣天線(xiàn)102可以是具有總共九(9)個(gè)天線(xiàn)元件的三(3)天線(xiàn)元件乘三(3)天線(xiàn)元件相控陣天線(xiàn)，其中各個(gè)天線(xiàn)元件包括輻射天線(xiàn)(未示出)以及連接到與phu104進(jìn)行信號(hào)通信的組合器網(wǎng)絡(luò)(未示出)的移相器(未示出)。

phu104包括經(jīng)由信號(hào)路徑106進(jìn)行信號(hào)通信的整流器模塊122和存儲(chǔ)模塊124。在操作中，phu104被配置為接收輸入電力信號(hào)102，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)由信號(hào)路徑110被傳遞給其它裝置、模塊、電路或組件的整流的電力信號(hào)128。整流器模塊122通常是諸如例如兩個(gè)肖特基二極管、兩個(gè)隧道二極管或兩個(gè)量子隧道二極管的至少兩個(gè)低功率二極管的組合。在此示例中，利用至少兩個(gè)量子隧道二極管使得rfhs100能夠接收超低水平周?chē)鷕f能量118并且仍然產(chǎn)生整流的電力信號(hào)128。在此示例中，超低水平是在亞毫伏區(qū)域中，因?yàn)榕c具有從0.4伏特至0.5伏特的導(dǎo)通電壓的肖特基二極管不同，量子隧道二極管的導(dǎo)通電壓也在亞毫伏區(qū)域中。

在操作中，整流器模塊122接收輸入電力信號(hào)120并且對(duì)它進(jìn)行整流以產(chǎn)生經(jīng)由信號(hào)路徑126被傳遞給存儲(chǔ)模塊124的內(nèi)部整流的電力信號(hào)130。存儲(chǔ)模塊124可以是被配置為存儲(chǔ)內(nèi)部整流的電力信號(hào)130(其由整流器模塊122產(chǎn)生)并且輸出經(jīng)整流的電力信號(hào)128的低功率可充電電池或電容器，經(jīng)整流的電力信號(hào)128是通過(guò)存儲(chǔ)模塊124內(nèi)所存儲(chǔ)的能量從所存儲(chǔ)的內(nèi)部整流的電力信號(hào)130產(chǎn)生的。

控制器106包括處理器132以及經(jīng)由信號(hào)路徑136與處理器132進(jìn)行信號(hào)通信的軟件模塊134。處理器132可以是任何低功率處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(“dsp”)、專(zhuān)用集成電路(“asic”)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(“fpga”)、微處理器或其它類(lèi)似的裝置。在操作中，控制器106(經(jīng)由信號(hào)路徑110)接收經(jīng)整流的電力信號(hào)128的一部分并且利用經(jīng)整流的電力信號(hào)128的一部分來(lái)給包括處理器132和軟件模塊134的控制器106供電。處理器132然后控制相控陣天線(xiàn)102的天線(xiàn)波束114的定向波束轉(zhuǎn)向116。一般而言，處理器132被配置為在增加并且優(yōu)選地使周?chē)鷕f能量118的接收最大化和/或最佳化的方向116上引導(dǎo)天線(xiàn)波束114。處理器132通過(guò)控制相控陣天線(xiàn)102內(nèi)的單獨(dú)的移相器的相位狀態(tài)來(lái)執(zhí)行轉(zhuǎn)向。一般而言，處理器132利用被存儲(chǔ)在軟件模塊134中的軟件來(lái)執(zhí)行必要的操作以控制相控陣天線(xiàn)102并且在給定方向116上引導(dǎo)結(jié)果得到的天線(xiàn)波束114?？刂破?06也可以監(jiān)測(cè)正由phu104(整流器模塊122，經(jīng)由內(nèi)部整流的電力信號(hào)130，和/或存儲(chǔ)模塊124，經(jīng)由經(jīng)整流的電力信號(hào)128)產(chǎn)生的電力的量，以確定天線(xiàn)波束114的方向116是否在從周?chē)鷕f能量118接收足夠的電力。如果不是，則控制器106然后可以啟動(dòng)相控陣天線(xiàn)102中的多個(gè)移相器的相位的改變以便移位(即，引導(dǎo))天線(xiàn)波束114的方向116以更好地接收可用的周?chē)鷕f能量118。

在操作中，控制器106可以連續(xù)地執(zhí)行以下過(guò)程：監(jiān)測(cè)由phu104產(chǎn)生的電力并且引導(dǎo)相控陣天線(xiàn)102的天線(xiàn)波束114的方向，以通過(guò)增加接收到的周?chē)鷕f能量118的量來(lái)增加由phu104產(chǎn)生的電力的量，即，控制器106可以在朝向產(chǎn)生周?chē)鷕f能量118的輻射源(未示出)的方向116上引導(dǎo)天線(xiàn)波束114以便使由相控陣天線(xiàn)102捕獲的電力最大化?？刂破?06可以利用電力閾值模塊(未示出)來(lái)監(jiān)測(cè)由phu104產(chǎn)生的電力。在此示例中，存儲(chǔ)模塊134可以是被配置為為處理器132存儲(chǔ)任何需要的軟件代碼的低功率存儲(chǔ)部和/或存儲(chǔ)器單元。

在操作的示例中，可以利用rfhs100來(lái)給經(jīng)信號(hào)路徑110與phu104進(jìn)行信號(hào)通信的一個(gè)或更多個(gè)傳感器138供電。這些傳感器138可以是被配置為監(jiān)測(cè)航空航天飛行器、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的各種參數(shù)的近零能耗(“nzero”)傳感器。phu104通過(guò)經(jīng)由信號(hào)路徑110將經(jīng)整流的電力信號(hào)128的一部分發(fā)送到傳感器138來(lái)給傳感器138供電。傳感器138是檢測(cè)它們的環(huán)境中的事件或改變并且然后提供對(duì)應(yīng)的傳感器輸出信號(hào)140的一個(gè)或更多個(gè)裝置(通常是換能器)。在此示例中，傳感器138可以經(jīng)由信號(hào)路徑144與發(fā)送器142進(jìn)行信號(hào)通信，并且發(fā)送器142可以經(jīng)由信號(hào)路徑110和148分別與phu104和輔助天線(xiàn)146二者進(jìn)行信號(hào)通信。傳感器138(經(jīng)由信號(hào)路徑144)將傳感器輸出信號(hào)140傳遞給發(fā)送器142并且發(fā)送器142然后經(jīng)由輔助天線(xiàn)146將傳感器輸出信號(hào)142作為發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)150來(lái)發(fā)送?？梢詫⑺l(fā)送的傳感器輸出信號(hào)150發(fā)送到被配置為監(jiān)測(cè)來(lái)自傳感器138的(多個(gè))傳感器輸出信號(hào)140的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(未示出)。在此示例中，發(fā)送器142是通過(guò)經(jīng)由信號(hào)路徑110接收經(jīng)整流的電力信號(hào)128的一部分來(lái)供電的。傳感器138和發(fā)送器142可以可選地是rfhs100的一部分。

rfhs100的電路、組件、模塊和/或裝置或者與rfhs100關(guān)聯(lián)的電路、組件、模塊和/或裝置被描述為與彼此進(jìn)行信號(hào)通信，其中信號(hào)通信是指使得電路、組件、模塊和/或裝置從另一電路、組件、模塊和/或裝置能夠傳遞并且/或者接收信號(hào)和/或信息的電路、組件、模塊和/或裝置之間的任何類(lèi)型的通信和/或連接。通信和/或連接可以沿著使得信號(hào)和/或信息能夠從一個(gè)電路、組件、模塊和/或裝置傳遞給另一個(gè)的電路、組件、模塊和/或裝置之間的任何信號(hào)路徑并且包括無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)信號(hào)路徑。信號(hào)路徑可以是物理的，諸如例如導(dǎo)電線(xiàn)、電磁波導(dǎo)、電纜、附接的和/或電磁或以機(jī)械方式耦合的端子、半導(dǎo)電或介電材料或裝置，或其它類(lèi)似的物理連接或耦合。附加地，信號(hào)路徑可以是非物理的，諸如自由空間(在電磁傳播的情況下)，或通過(guò)通信信息被以變化數(shù)字格式從一個(gè)電路、組件、模塊和/或裝置傳遞給另一個(gè)的數(shù)字組件的信息路徑。

在圖2中，根據(jù)本公開(kāi)示出了rfhs200的另一實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。與圖1所示的rfhs100的示例類(lèi)似，在此示例中，rfhs200也包括相控陣天線(xiàn)102、phu202和控制器106。然而，與圖1所示的phu104不同，在此示例中，phu202包括整流器模塊122、存儲(chǔ)部124和電力閾值模塊204。在此示例中，電力閾值模塊204經(jīng)由信號(hào)路徑206與存儲(chǔ)模塊124進(jìn)行信號(hào)通信。附加地，電力閾值模塊204也經(jīng)由信號(hào)路徑208與處理器132、傳感器138和發(fā)送器142進(jìn)行信號(hào)通信。一般而言，rfhs200以與圖1所示的rfhs100相同的方式操作，除了在此示例中，電力閾值模塊204被配置為在使得phu202輸出經(jīng)整流的電力信號(hào)128之前監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)模塊124中的存儲(chǔ)的能量的量。在操作的示例中，電力閾值模塊204可以通過(guò)對(duì)照預(yù)定電壓閾值來(lái)比較例如由存儲(chǔ)模塊124產(chǎn)生的經(jīng)整流的電力信號(hào)128的電壓幅度而連續(xù)地監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)模塊124中的存儲(chǔ)的能量的量。預(yù)定電壓閾值的示例可以是3.6伏特。如果經(jīng)整流的電力信號(hào)128的電壓幅度大于預(yù)定電壓閾值，則電力閾值模塊將經(jīng)整流的電力信號(hào)128傳遞給信號(hào)路徑208以便給處理器132、傳感器138和發(fā)送器142供電。替代地，如果經(jīng)整流的電力信號(hào)128的電壓幅度小于或者等于預(yù)定電壓閾值，則電力閾值模塊204不允許存儲(chǔ)模塊124的經(jīng)整流的電力信號(hào)128由phu202輸出。以這種方式，電力閾值模塊204使得存儲(chǔ)模塊124能夠在存儲(chǔ)模塊124被允許被放電到phu202外部的電力裝置之前充電到適當(dāng)?shù)哪芰克?。一旦存?chǔ)模塊124達(dá)到存儲(chǔ)的能量的與預(yù)定電壓閾值成比例的預(yù)定水平，電力閾值模塊204就使得存儲(chǔ)模塊124能夠經(jīng)由經(jīng)整流的電力信號(hào)128被放電。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，存儲(chǔ)模塊124允許存儲(chǔ)通過(guò)來(lái)自整流器模塊122的內(nèi)部整流的電力信號(hào)130產(chǎn)生的能量。因此，如果相控陣天線(xiàn)102正在連續(xù)地接收足夠的周?chē)鷕f能量118以充分地對(duì)存儲(chǔ)模塊124充電以產(chǎn)生具有大于預(yù)定電壓閾值的電壓幅度的整流的電力信號(hào)128，則電力閾值模塊204將會(huì)將連續(xù)整流的電力信號(hào)128傳遞給信號(hào)路徑208。在此示例中，當(dāng)內(nèi)部整流的電力信號(hào)130的功率電平下降至能夠充分地對(duì)存儲(chǔ)模塊124充電的電平以下時(shí)電力閾值模塊204將停止將連續(xù)整流的電力信號(hào)128傳遞給信號(hào)路徑208。

作為另選的實(shí)施方式，電力閾值模塊204可以是控制器106的一部分。在此另選的示例中，處理器132被配置為通過(guò)對(duì)照預(yù)定電壓閾值來(lái)比較例如經(jīng)整流的電力信號(hào)128(由存儲(chǔ)模塊124產(chǎn)生)的電壓幅度來(lái)連續(xù)地監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)模塊124中的存儲(chǔ)的能量的量。在此示例中，phu202可以包括由處理器132控制的開(kāi)關(guān)(未示出)，其中如果處理器132確定由存儲(chǔ)模塊124產(chǎn)生的經(jīng)整流的電力信號(hào)128的電壓幅度大于預(yù)定電壓閾值，則該開(kāi)關(guān)被配置為允許將經(jīng)整流的電力信號(hào)128傳遞給信號(hào)路徑128。在此示例中，傳感器138和發(fā)送器142可以可選地是rfhs200的一部分。

在圖3中，根據(jù)本公開(kāi)示出了rfhs300的又一實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。與圖1和圖2所示的示例不同，在圖3中，rfhs300包括雙向相控陣天線(xiàn)302和雙工器304。而且，rfhs300被配置為與收發(fā)器306一起操作。與圖2所示的rfhs200類(lèi)似，rfhs300也包括phu202和控制器106，其中phu202包括整流器模塊122、存儲(chǔ)模塊124和電力閾值模塊204并且控制器106包括處理器132和軟件模塊134。

雙工器304經(jīng)由信號(hào)路徑308、310和312與相控陣天線(xiàn)302、整流器模塊122和收發(fā)器306進(jìn)行信號(hào)通信。在此示例中，雙工器304是通過(guò)單個(gè)路徑(即，與相控陣天線(xiàn)302的信號(hào)路徑308)允許雙向(“雙工”)通信的電子裝置。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在雷達(dá)和無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)中，雙工器304使phu202與收發(fā)器306隔離，同時(shí)使得二者能夠共享相控陣天線(xiàn)302作為公共天線(xiàn)。常見(jiàn)類(lèi)型的雙工器包括例如發(fā)送接收開(kāi)關(guān)、循環(huán)器、正交模換能器或頻域?yàn)V波器。

在此示例中，與圖1和圖2所示的示例不同，代替發(fā)送器142示出了收發(fā)器308。收發(fā)器308是包括共享公共電路或單個(gè)外殼的組合式發(fā)送器和接收器二者的裝置。與圖2所示的示例類(lèi)似，收發(fā)器308經(jīng)由信號(hào)路徑208與電力閾值模塊204進(jìn)行信號(hào)通信。收發(fā)器308經(jīng)由信號(hào)路徑312、208、144、318、320和322分別與雙工器304、電力閾值模塊204、傳感器138、控制器106、可選的發(fā)送器閾值模塊314以及可選的外部隊(duì)列閾值模塊316進(jìn)行信號(hào)通信。

rfhs300也可以經(jīng)由信號(hào)路徑208、324和326分別與可選的閾值模塊314和外部隊(duì)列閾值模塊316進(jìn)行信號(hào)通信，其中信號(hào)路徑208與電力閾值模塊204進(jìn)行信號(hào)通信并且信號(hào)路徑324和326與控制器106進(jìn)行信號(hào)通信。在此示例中，可選的閾值模塊314可以是與被配置為在使得收發(fā)器306能夠經(jīng)由天線(xiàn)波束114將傳感器輸出信號(hào)140作為發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328來(lái)發(fā)送之前監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)模塊124中的存儲(chǔ)的能量的量的電力閾值模塊204類(lèi)似的裝置，所述天線(xiàn)波束114被傳遞給相控陣天線(xiàn)302以用于發(fā)送到被配置為監(jiān)測(cè)來(lái)自傳感器138的(多個(gè))傳感器輸出信號(hào)140的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(未示出)。在此示例中，相控陣天線(xiàn)302可以被配置(即，調(diào)諧)為在兩個(gè)或更多個(gè)不同的頻帶下操作以便允許在與所接收到的周?chē)鷕f能量118不同的頻帶下發(fā)送所發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328。附加地，相控陣天線(xiàn)302可以被配置為接收第三頻帶以便從遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(未示出)接收外部隊(duì)列信號(hào)330。

可選的外部隊(duì)列閾值模塊316可以是與電力閾值模塊204和可選的發(fā)送器閾值模塊314類(lèi)似的裝置，因?yàn)樗梢园撤N類(lèi)型的閾值保持裝置。在此示例中，可選的外部隊(duì)列閾值模塊316被配置為監(jiān)測(cè)收發(fā)器306以確定接收到的外部隊(duì)列信號(hào)332是否已被收發(fā)器306接收到。如果可選的外部隊(duì)列閾值模塊316確定收發(fā)器306已接收到所接收到的外部隊(duì)列信號(hào)332，則可選的外部隊(duì)列閾值模塊316然后可以向控制器106通知已經(jīng)從遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(未示出)發(fā)送隊(duì)列信號(hào)并且控制器106然后可以相應(yīng)地作用以控制rfhs300。收發(fā)器306也可以(經(jīng)由信號(hào)路徑336)與被配置為接收外部隊(duì)列信號(hào)330的可選的第二天線(xiàn)334進(jìn)行信號(hào)通信。當(dāng)相控陣天線(xiàn)302未被配置為接收與外部隊(duì)列信號(hào)330對(duì)應(yīng)的頻帶時(shí)，可選的第二天線(xiàn)334可以被利用。在此示例中，可選的第二天線(xiàn)334可以是被調(diào)諧為接收外部隊(duì)列信號(hào)330并且將所接收到的外部隊(duì)列信號(hào)傳遞給收發(fā)器336的簡(jiǎn)單低功率無(wú)源天線(xiàn)。

在操作的示例中，rfhs300利用相控陣天線(xiàn)302接收周?chē)鷕f能量118，該相控陣天線(xiàn)302產(chǎn)生輸入電力信號(hào)120。整流器模塊122然后對(duì)輸入電力信號(hào)120進(jìn)行整流以產(chǎn)生被rfhs300利用來(lái)對(duì)存儲(chǔ)模塊124充電的內(nèi)部整流的電力信號(hào)130。電力閾值模塊204然后監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)模塊124中的充電能量的量并且確定在存儲(chǔ)模塊124中是否存在足夠的存儲(chǔ)的能量以給控制器106、傳感器138、收發(fā)器306、可選的閾值模塊314以及可選的外部隊(duì)列閾值模塊316供電。如果在存儲(chǔ)模塊204中存在足夠的存儲(chǔ)的能量，則電力閾值模塊204然后使得存儲(chǔ)模塊124能夠經(jīng)由信號(hào)路徑208利用經(jīng)整流的電力信號(hào)128來(lái)給控制器106、傳感器138、收發(fā)器306、可選的閾值模塊314以及可選的外部隊(duì)列閾值模塊316供電。一旦傳感器138通過(guò)經(jīng)整流的電力信號(hào)128被加電，傳感器138就可以開(kāi)始測(cè)量可以經(jīng)由信號(hào)路徑144作為一個(gè)或更多個(gè)傳感器信號(hào)140被傳遞給收發(fā)器306的環(huán)境數(shù)據(jù)。一旦傳感器信號(hào)140被收發(fā)器306接收，收發(fā)器306就可以發(fā)送傳感器輸出信號(hào)140作為被傳遞給相控陣天線(xiàn)302并且由相控陣天線(xiàn)302發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328。另選地，如果存在可選的外部隊(duì)列閾值模塊316，則可選的外部隊(duì)列閾值模塊316可以防止收發(fā)器306發(fā)送所接收到的傳感器輸出信號(hào)140，直到收發(fā)器306首次(經(jīng)由信號(hào)路徑312從相控陣天線(xiàn)302)接收到所接收到的外部隊(duì)列信號(hào)332或者(經(jīng)由信號(hào)路徑336從可選的輔助天線(xiàn)334)接收到外部隊(duì)列信號(hào)330為止。在此示例中，可選的外部隊(duì)列閾值模塊316可以被控制器106利用來(lái)管理rhfs300的能量效率，因?yàn)橥ㄟ^(guò)限制由收發(fā)器306執(zhí)行的實(shí)際傳輸，控制器106能夠?qū)⒃诖鎯?chǔ)模塊124上功率消耗限制為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(未示出)經(jīng)由外部隊(duì)列信號(hào)330實(shí)際上請(qǐng)求傳感器138信息的情形。由于類(lèi)似地相關(guān)的功率優(yōu)化原因，對(duì)于所接收到的整流的電力信號(hào)138是關(guān)于確保在存儲(chǔ)模塊124中存在足夠的電力以在收發(fā)器306正在發(fā)送傳感器輸出信號(hào)140時(shí)適當(dāng)?shù)亟o收發(fā)器306供電的另一預(yù)定閾值的情形而言，可選的發(fā)送器閾值模塊314可以防止收發(fā)器306發(fā)送傳感器輸出信號(hào)140。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可選的發(fā)送器閾值模塊314、可選的外部隊(duì)列閾值模塊316或二者可以可選地是控制器106的一部分。

轉(zhuǎn)向圖4，根據(jù)本公開(kāi)示出了相控陣天線(xiàn)400的實(shí)施方式的示例的系統(tǒng)框圖。相控陣天線(xiàn)400可以包括多個(gè)天線(xiàn)元件402、多個(gè)移相器404和組合器網(wǎng)絡(luò)406。在此示例中，三(3)個(gè)天線(xiàn)元件408、410和412以及三(3)個(gè)移相器414、416和418被示出為分別經(jīng)由對(duì)應(yīng)的信號(hào)路徑420、422和424與彼此進(jìn)行信號(hào)通信。移相器414、416和418分別經(jīng)由信號(hào)路徑426、428和430與組合器網(wǎng)絡(luò)406進(jìn)行信號(hào)通信。組合器網(wǎng)絡(luò)406經(jīng)由信號(hào)路徑432與整流器模塊122或雙工器304進(jìn)行信號(hào)通信。在此示例中，信號(hào)路徑432在雙工器304不存在(如圖2所示)的情況下與信號(hào)路徑108相同或者在如圖3所示雙工器304存在的情況下與信號(hào)路徑308相同。

組合器網(wǎng)絡(luò)406是組合由多個(gè)天線(xiàn)元件408、410和412接收到的信號(hào)(諸如周?chē)鷕f能量118)的電力分配網(wǎng)絡(luò)(諸如，例如企業(yè)饋電網(wǎng)絡(luò))。在操作的示例中，由相控陣天線(xiàn)400接收到的周?chē)鷕f能量118的量通過(guò)由相控陣天線(xiàn)400的輻射圖案形成的天線(xiàn)波束118來(lái)確定。相控陣天線(xiàn)400的輻射圖案(其對(duì)應(yīng)于天線(xiàn)波束114)是天線(xiàn)元件408、410和412的數(shù)量、它們?cè)谙嗫仃囂炀€(xiàn)400的前表面434上的相應(yīng)物理定位、單獨(dú)的相鄰天線(xiàn)元件408、410和412之間的物理間距(未示出)、單獨(dú)的移相器414、416和418的單獨(dú)的相位值以及所配置的通過(guò)組合器406到多個(gè)信號(hào)路徑426、428和430的不同內(nèi)部信號(hào)路徑到相應(yīng)的多個(gè)移相器414、416和418的電力分配的結(jié)果。一般而言，組合器網(wǎng)絡(luò)406可以跨越多個(gè)天線(xiàn)元4件08、410和412引入電力幅度逐漸減少，其中天線(xiàn)元件408、410和412的激勵(lì)幅度通常隨著離相控陣天線(xiàn)400的中心線(xiàn)436的距離而減小。而且，創(chuàng)建天線(xiàn)波束114的輻射圖案具有通過(guò)多個(gè)移相器414、416和418的相應(yīng)的移相值所確定的天線(xiàn)波束114的方向116。作為示例，隨著控制器106改變多個(gè)移相器414、416和418的值，結(jié)果得到的輻射圖案改變，使得天線(xiàn)波束在方向116上在三維空間中被引導(dǎo)。

注意在此示例中，出于易于例示的目的按照一維相等間隔線(xiàn)性方式示出了僅三(3)組天線(xiàn)元件408、410和412以及移相器414、416和418。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，相控陣天線(xiàn)400可以基于所期望的相控陣天線(xiàn)400的輻射圖案包括沿著相控陣天線(xiàn)400的前表面434相等地或非相等地隔開(kāi)的天線(xiàn)元件408、410和412的一維、二維或三維陣列。因此，考慮到相控陣天線(xiàn)400和rfhs(100，200或300)的電力處理能力、rfhs(100、200或300)的尺寸以及產(chǎn)生包括相對(duì)較窄波束寬度的主波束438和相對(duì)較低的旁瓣440的天線(xiàn)波束114的期望輻射圖案，天線(xiàn)元件408、410和412的數(shù)量可以和二(2)個(gè)一樣低或者和適當(dāng)?shù)亟邮掌谕康闹車(chē)鷕f能量118所必需的一樣高(即，超過(guò)3)?？刂破?06然后在朝向輻射源(未示出)的方向116上引導(dǎo)天線(xiàn)波束114以使從由該源產(chǎn)生的周?chē)鷕f能量118捕獲的電力最大化。

如果相控陣天線(xiàn)400是雙向裝置，則組合器網(wǎng)絡(luò)406也被配置為接收要發(fā)送的信號(hào)(諸如，例如所發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328)并且將所發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328劃分成被傳遞給多個(gè)移相器414、416和418的多個(gè)分量電力信號(hào)442、444和446，其然后被移相成多個(gè)移相的分量電力信號(hào)448、450和452并且傳遞給多個(gè)天線(xiàn)元件408、410和412。所發(fā)送的多個(gè)移相的分量電力信號(hào)448、450和452形成創(chuàng)建天線(xiàn)波束114的輻射圖案，其中，再者，天線(xiàn)波束114的方向116通過(guò)多個(gè)移相器414、416和418的相應(yīng)的相移值來(lái)確定。

移相器412、414和416可以是提供所接收到的周?chē)鷕f能量信號(hào)118或所發(fā)送的傳感器輸出信號(hào)328的可控相移(即，發(fā)送相位角)的rf、微波或毫米波網(wǎng)絡(luò)組件。在此示例中，移相器414、416和418可以是在所有相位狀態(tài)下具有低插入損耗和相等幅度(或損耗)的互易移相器。可以電力地、電磁地或者機(jī)械地控制移相器414、416和418。而且，移相器414、416和418可以是模擬或數(shù)字移相器。模擬移相器可以提供通過(guò)電壓信號(hào)控制的連續(xù)可變相位，并且可以利用隨著電壓而改變電容的變?nèi)荻O管或諸如鈮酸鋇鍶的非線(xiàn)性電介質(zhì)或諸如釔鐵石榴石的鐵電材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械地控制的移相器可以利用諸如長(zhǎng)度可調(diào)線(xiàn)路(tromboneline)的延長(zhǎng)傳輸線(xiàn)路。在此示例中，控制器106被配置為經(jīng)由信號(hào)路徑112控制移相器414、416和418。天線(xiàn)元件408、410和412可以是例如偶極天線(xiàn)元件或貼片天線(xiàn)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)了解，相控陣天線(xiàn)400可以包括多組天線(xiàn)元件、移相器和組合器網(wǎng)絡(luò)，使得相控陣天線(xiàn)400可以實(shí)際上由多個(gè)相控陣天線(xiàn)(未示出)組成。在此示例中，經(jīng)組合的相控陣天線(xiàn)400內(nèi)的各個(gè)相控陣天線(xiàn)(未示出)可以被調(diào)諧為接收周?chē)鷕f能量118的不同頻帶。

轉(zhuǎn)向圖5，根據(jù)本公開(kāi)示出了整流器模塊502的系統(tǒng)框圖。在此示例中，整流器模塊502經(jīng)由信號(hào)路徑126與存儲(chǔ)模塊124進(jìn)行信號(hào)通信，并且經(jīng)由信號(hào)路徑502與相控陣天線(xiàn)102或雙工器304進(jìn)行信號(hào)通信。其中信號(hào)路徑502(在雙工器304不存在的情況下)對(duì)應(yīng)于信號(hào)路徑108或者在雙工器304存在的情況下對(duì)應(yīng)于信號(hào)路徑310。

在此示例中，整流器模塊502包括至少兩個(gè)二極管504和506?；谂c沖擊rfhs(100、200或300)的周?chē)鷕f能量118對(duì)應(yīng)的所接收到的輸入電力信號(hào)120的預(yù)定功率電平，二極管504和506可以各自是例如兩個(gè)肖特基二極管、兩個(gè)隧道二極管或兩個(gè)量子隧道二極管。對(duì)于此示例來(lái)說(shuō)，兩個(gè)二極管504和506被示出為兩個(gè)量子隧道二極管504和506，因?yàn)橥ㄟ^(guò)利用兩個(gè)量子隧道二極管504和506，rfhs(100、200或300)能夠接收-24dbm的超低水平周?chē)鷕f能量118，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生內(nèi)部整流的電力信號(hào)130。此外，在此示例中，第一量子隧道二極管504被示出為被正向偏置并且第二量子隧道二極管506被示出為被反向偏置。

量子隧道二極管504和506是具有近零導(dǎo)通電壓的近零偏壓毫米波sb-異質(zhì)結(jié)構(gòu)基反向二極管(“sb-hbds”)，其使得量子隧道二極管504和506能夠甚至在所接收到的輸入電力信號(hào)120是大約微瓦特、納瓦特和微微瓦特的超低rf電力信號(hào)時(shí)對(duì)所接收到的輸入電力信號(hào)120進(jìn)行整流。結(jié)果得到的內(nèi)部整流的電力信號(hào)130然后被捕獲并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊124中。在此示例中，sb-hbd基于基于如以下文獻(xiàn)中所描述的幾乎晶格匹配的iii-v半導(dǎo)體的inas/alsb/gasb族的外延層的inas/alsb/gasb納米結(jié)構(gòu)中的量子隧穿：“sb-heterostructureinterbandbackwarddiodes,”byj.n.schulman&d.h.chow,ieeeelectrondeviceletters,vol.21,no.7,july2000；“quantumtunnelingsb-heterostructuremillimeter-wavediodes,”byj.n.schulman,e.t.croke,d.h.chow,h.l.dunlap,k.s.holabrid,m.a.morgan,&s.weinreb,ieeeelectrondevicemeeting,2001,iedm’01,pp35.1.1-35.1.3,december2001；以及“high-performanceantimonide-basedheterostructurebackwarddiodesformillimeter-wavedetection,”byj.n.schulman,s.thomas,iii,d.h.chow,y.k.boegeman,&k.s.holabird,ieeeelectrondeviceletters,vol.23,no.10,pp585-587,october2002.

一般而言，異質(zhì)結(jié)根據(jù)它們的能帶對(duì)齊(band-alignment)被分類(lèi)為三種類(lèi)型(叉開(kāi)或i型異質(zhì)結(jié)、交錯(cuò)或ii型異質(zhì)結(jié)以及斷隙或iii型異質(zhì)結(jié))。sb-hbd二極管包含如圖6a和圖6b所示的所有三種可能的能帶對(duì)齊，圖6a和圖6b是如按照能量(單位為電子伏特(“ev”))604與位置(單位為納米)606的關(guān)系而測(cè)量的對(duì)應(yīng)于典型sb-hbd的材料結(jié)構(gòu)的能帶圖600和602的示意曲線(xiàn)圖。在此示例中，能帶圖600和602的左側(cè)表示材料的n-inas層608在sb-hbd上的位置并且能帶圖600和602的右側(cè)表示材料的p-gaalsb層610在sb-hbd上的位置。附加地，能帶圖600和602的中間部分表示材料的alsb層612在sb-hbd上的位置。在此示例中，能帶圖600表示具有第一費(fèi)米(fermi)能級(jí)(“ef”)的正向偏壓614中的第一量子隧道二極管504，同時(shí)能帶圖600表示具有第二ef620的反向偏壓618中的第二量子隧道二極管506。在這種示例中，結(jié)來(lái)自能帶偏移并且不是高摻雜的材料層以便提供近零導(dǎo)通電壓。

轉(zhuǎn)向圖7，根據(jù)本公開(kāi)示出了sb-hbd的電流-電壓特性曲線(xiàn)圖700的圖。該圖包括表示電流的垂直軸702和表示電壓的水平軸704。曲線(xiàn)圖700的左側(cè)706表示sb-hbd的正向偏壓并且曲線(xiàn)圖700的右側(cè)708表示sb-hbd的反向偏壓。曲線(xiàn)圖700的左側(cè)反向偏壓706示出了sb-hbd的典型擊穿電壓區(qū)域并且右側(cè)708示出了包括量子機(jī)械隧穿的效應(yīng)的正向偏壓電流-電壓特性。這些效應(yīng)被示出在曲線(xiàn)圖700的部分710中，其中正向電壓的增加導(dǎo)致正向電流的減小。此部分710通常被稱(chēng)為sb-hbd的負(fù)電阻區(qū)域710。一旦正向電壓增加超過(guò)這個(gè)負(fù)電阻區(qū)域710，正向電流就開(kāi)始再次隨著增加施加的正向電壓而相應(yīng)地增加。sb-hbd的負(fù)電阻效應(yīng)與正常的隧道二極管(也被稱(chēng)為江崎(esaki)二極管)中的相同效應(yīng)類(lèi)似。在此示例中，導(dǎo)通電壓712被示出為近零。

轉(zhuǎn)向圖8，根據(jù)本發(fā)明示出了示例量子隧道二極管(在圖6a、圖6b和圖7中示出并描述)的導(dǎo)通值的電流密度800(單位為ka/cm²)對(duì)電壓802(單位為毫伏特)特性曲線(xiàn)圖800的圖。曲線(xiàn)圖804例示了在電壓802的亞毫伏特值中發(fā)生量子隧道二極管的導(dǎo)通并且電流密度在第一峰處達(dá)到高峰。下表示出了一些示例峰電壓和對(duì)應(yīng)的谷電壓值。應(yīng)當(dāng)了解，與目前公開(kāi)的量子隧道二極管相比，典型的肖特基二極管具有大約0.4伏特至0.5伏特的導(dǎo)通電壓水平。在此示例中，曲線(xiàn)圖806、808、810、812和814是sb基異質(zhì)結(jié)構(gòu)帶間反向二極管(即，量子隧道二極管)的示例，同時(shí)曲線(xiàn)圖818是ge二極管的示例。

表–sb基反向二極管和ge二極管的i-v特性

在圖9中，示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于利用rfhs(100、200或300)來(lái)收集周?chē)鷕f能量118的方法的實(shí)施方式的示例的流程圖900。該方法通過(guò)在步驟904中利用相控陣天線(xiàn)102、302或400來(lái)接收周?chē)鷕f能量而開(kāi)始902。在步驟906中，相控陣天線(xiàn)響應(yīng)于接收到周?chē)鷕f能量118而產(chǎn)生輸入電力信號(hào)并且將它傳遞給整流器模塊122。整流模塊122然后在步驟908中對(duì)輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生內(nèi)部整流的電力信號(hào)130，并且將內(nèi)部整流的電力信號(hào)130傳遞給存儲(chǔ)模塊124。存儲(chǔ)模塊124然后在步驟910中將內(nèi)部整流的電力信號(hào)130存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中以在存儲(chǔ)模塊124內(nèi)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)量的存儲(chǔ)的電位能。電力閾值模塊204然后在判定步驟912中確定存儲(chǔ)模塊124內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量是否大于預(yù)定閾值。如果存儲(chǔ)模塊124內(nèi)的所存儲(chǔ)的電位能小于預(yù)定閾值，則過(guò)程返回到步驟804并且rfhs(100、200或300)繼續(xù)接收周?chē)鷕f能量118并且對(duì)存儲(chǔ)模塊124充電，以及過(guò)程在步驟904與步驟912之間重復(fù)。相反地，如果存儲(chǔ)模塊124內(nèi)的所存儲(chǔ)的電位能大于或者等于預(yù)定閾值，則過(guò)程繼續(xù)到phu202將經(jīng)整流的電力信號(hào)128發(fā)送到其它裝置的步驟914。過(guò)程然后結(jié)束916。

此外，本公開(kāi)包括根據(jù)以下條款的示例：

條款1.一種射頻(“rf”)能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)(100、200、300)，該rfhs包括：相控陣天線(xiàn)(102、302、400)，其中，所述相控陣天線(xiàn)被配置為接收周?chē)鷕f能量(118)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生輸入電力信號(hào)(120)；與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的電力收集單元(”phu”)(104、202)，其中，該phu包括與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的整流器模塊(122、502)以及與所述整流器模塊進(jìn)行信號(hào)通信的存儲(chǔ)模塊(124)，其中，所述phu被配置為接收所述輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)(128)；以及與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的控制器(106)，其中，該控制器被配置為引導(dǎo)所述相控陣天線(xiàn)的天線(xiàn)波束(114)以增加所接收到的周?chē)鷕f能量。

條款2.根據(jù)條款1所述的rfhs，其中，所述控制器包括與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的處理器(132)。

條款3.根據(jù)條款2所述的rfhs，其中，所述控制器還包括軟件模塊(134)。

條款4.根據(jù)條款3所述的rfhs，其中，所述phu還包括與所述存儲(chǔ)模塊進(jìn)行信號(hào)通信的電力閾值模塊(204)。

條款5.根據(jù)條款3所述的rfhs，其中，所述相控陣天線(xiàn)包括：多個(gè)天線(xiàn)元件(408、410、412)；多個(gè)移相器(414、416、418)；以及組合器網(wǎng)絡(luò)(406)，其中，所述處理器與所述組合器網(wǎng)絡(luò)和所述多個(gè)移相器進(jìn)行信號(hào)通信。

條款6.根據(jù)條款5所述的rfhs，其中，所述整流器模塊包括至少兩個(gè)量子隧道二極管(504、506)。

條款7.根據(jù)條款6所述的rfhs，該rfhs還包括：與所述控制器進(jìn)行信號(hào)通信的傳感器(138)；第二天線(xiàn)(148、334)；以及與所述傳感器、所述第二天線(xiàn)和所述控制器進(jìn)行信號(hào)通信的發(fā)送器(142、306)。

條款8.根據(jù)條款7所述的rfhs，該rfhs還包括：與所述發(fā)送器和所述控制器二者進(jìn)行信號(hào)通信的發(fā)送器閾值模塊(314)；外部隊(duì)列閾值模塊(316)；并且其中，所述發(fā)送器是收發(fā)器并且所述外部隊(duì)列閾值模塊與所述控制器和所述收發(fā)器進(jìn)行信號(hào)通信。

條款9.根據(jù)條款5所述的rfhs，該rfhs還包括：與所述控制器進(jìn)行信號(hào)通信的傳感器(138)；與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的雙工器(304)；以及與所述傳感器、所述雙工器和所述控制器進(jìn)行信號(hào)通信的發(fā)送器(142、306)。

條款10.根據(jù)條款9所述的rfhs，該rfhs還包括：與所述發(fā)送器和所述控制器二者進(jìn)行信號(hào)通信的發(fā)送器閾值模塊(314)。

條款11.根據(jù)條款10所述的rfhs，該rfhs還包括：外部隊(duì)列閾值模塊(316)；并且其中，所述發(fā)送器是收發(fā)器并且所述外部隊(duì)列閾值模塊與所述控制器和所述收發(fā)器進(jìn)行信號(hào)通信。

條款12.根據(jù)條款1所述的rfhs，其中，所述存儲(chǔ)模塊是電池或電容器。

條款13.一種射頻能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)(100、200、300)，該rfhs包括：相控陣天線(xiàn)(102、302、400)，其中，所述相控陣天線(xiàn)被配置為接收周?chē)漕l(“rf”)能量(118)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生輸入電力信號(hào)(120)；以及與所述相控陣天線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)通信的至少兩個(gè)量子隧道二極管(504、506)，其中，所述至少兩個(gè)量子隧道二極管被配置為接收所述輸入電力信號(hào)，并且作為響應(yīng)，產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)(128)。

條款14.根據(jù)條款13所述的rfhs，該rfhs還包括：與所述至少兩個(gè)量子隧道二極管進(jìn)行信號(hào)通信的存儲(chǔ)模塊(124)；與所述存儲(chǔ)塊進(jìn)行信號(hào)通信的電力閾值模塊(204)；以及與所述電力閾值模塊和所述天線(xiàn)陣列進(jìn)行信號(hào)通信的控制器(106)。

條款15.一種用于利用rf能量收集系統(tǒng)(“rfhs”)(100、200、300)來(lái)收集周?chē)漕l(“rf”)能量(118)的方法，該方法包括以下步驟：利用相控陣天線(xiàn)(102、302、400)來(lái)接收周?chē)鷕f能量；響應(yīng)于接收到所述周?chē)鷕f能量而利用所述相控陣天線(xiàn)來(lái)產(chǎn)生輸入電力信號(hào)(120)；利用整流器模塊(122、502)來(lái)對(duì)所述輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)(128)；將經(jīng)整流的電力信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊(124)中以在與所述整流器模塊進(jìn)行信號(hào)通信的所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)量的存儲(chǔ)的電位能；以及從所述存儲(chǔ)模塊發(fā)送存儲(chǔ)的經(jīng)整流的電力信號(hào)(128)。

條款16.根據(jù)條款15所述的方法，該方法還包括以下步驟：基于所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量來(lái)確定要利用與所述相控陣天線(xiàn)和所述電力閾值模塊進(jìn)行信號(hào)通信的控制器(106)引導(dǎo)的所述相控陣天線(xiàn)的天線(xiàn)波束(114)；以及利用所述控制器來(lái)引導(dǎo)所述天線(xiàn)波束，其中，當(dāng)引導(dǎo)所述天線(xiàn)波束導(dǎo)致所述相控陣天線(xiàn)接收到更大量的周?chē)鷕f能量時(shí)，所述控制器確定所述相控陣天線(xiàn)將被引導(dǎo)。

條款17.根據(jù)條款16所述的方法，其中，利用整流器模塊來(lái)對(duì)所述輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生經(jīng)整流的電力信號(hào)的步驟包括利用至少兩個(gè)量子隧道二極管(504、506)來(lái)對(duì)所述輸入電力信號(hào)進(jìn)行整流。

條款18.根據(jù)條款17所述的方法，其中，將經(jīng)整流的電力信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中的步驟包括將經(jīng)整流的電力信號(hào)存儲(chǔ)在電池或電容器中。

條款19.根據(jù)條款18所述的方法，該方法還包括利用發(fā)送器(142、306)從所述傳感器發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。

條款20.根據(jù)條款19所述的方法，該方法還包括以下步驟：利用與所述存儲(chǔ)模塊進(jìn)行信號(hào)通信的電力閾值模塊(204)來(lái)確定所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量是否大于第一預(yù)定閾值；當(dāng)所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量大于或者等于預(yù)定閾值時(shí)，將存儲(chǔ)的經(jīng)整流的電力信號(hào)(128)發(fā)送到傳感器(138)；利用與所述存儲(chǔ)模塊進(jìn)行信號(hào)通信的發(fā)送器閾值模塊(314)來(lái)確定所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量是否大于第二預(yù)定閾值，其中，利用所述發(fā)送器從所述傳感器發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)包括：當(dāng)所述存儲(chǔ)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)的電位能的量大于所述第二預(yù)定閾值時(shí)，利用所述發(fā)送器從所述傳感器發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。

應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變實(shí)施方式的各個(gè)方面或細(xì)節(jié)。它不是詳盡的并且不將所要求保護(hù)的發(fā)明限于所公開(kāi)的精確形式。此外，前面的描述僅用于例示的目的，而不用于限制的目的。修改和變化鑒于以上描述是可能的或者可以從實(shí)踐本發(fā)明中獲取。權(quán)利要求及其等同物限定本發(fā)明的范圍。