本發(fā)明涉及生物醫(yī)療電子器械領(lǐng)域，具體是一種多天線串聯(lián)式射頻能量收集器。
背景技術(shù)：
：射頻能量收集是實現(xiàn)如植入式醫(yī)療器械等低功耗電子設(shè)備長期免維護(hù)工作的一項關(guān)鍵技術(shù)，其原理是通過從周圍環(huán)境或特定的能量源捕獲能量并將其轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)存儲后提供給所述低功耗電子設(shè)備使用。目前，低功耗電子設(shè)備正朝集成化、微型化、無線化及智能化等方向迅速發(fā)展，而植入式醫(yī)療電子設(shè)備作為一種低功耗電子設(shè)備，其體積更小、功耗更低。為了適應(yīng)植入式醫(yī)療電子設(shè)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(yī)療電子設(shè)備無線供能的可選方案?，F(xiàn)有的villard射頻能量收集器由單個天線和多級倍壓整流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其在植入式醫(yī)療電子設(shè)備中應(yīng)用存在以下局限性：1、一般來說，射頻能量源的發(fā)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)自身具有能量損耗，導(dǎo)致villard射頻能量收集器的系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率，從而能夠為如植入式醫(yī)療電子設(shè)備等低功耗電子設(shè)備無線供能，避免頻繁更換其電池。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決和克服現(xiàn)有villard射頻能量收集器所存在的技術(shù)問題和缺陷，提供一種多天線串聯(lián)式射頻能量收集器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種多天線串聯(lián)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(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)這n個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，n>1，其中，每個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)為二端口網(wǎng)絡(luò)，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)通過前一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端連接后一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端而實現(xiàn)依次串聯(lián)，第一天線至第n天線按照一一對應(yīng)的方式連接至第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端均接地，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端均空置，第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端作為所述多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的能量輸出端。進(jìn)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(jìn)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(zhì)基板，其介電常數(shù)er為4.4，損耗正切角為0.02，厚度為2.54mm。進(jìn)一步的，所述微帶天線采用蛇形曲流設(shè)計結(jié)構(gòu)，包括首端的矩形金屬微帶線部分以及續(xù)接在所述矩形金屬微帶線一側(cè)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(yīng)的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之間的豎直段組成。進(jìn)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(jìn)一步的，所述蛇形彎繞部分與所述矩形金屬微帶線一側(cè)的續(xù)接微帶線長度為1.5mm，所述續(xù)接微帶線上設(shè)有圓形饋電點，所述圓形饋電點的直徑為0.8mm。進(jìn)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(yīng)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(jìn)一步的，所述n個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)均相同。進(jìn)一步的，所述倍壓整流網(wǎng)絡(luò)由兩個電容和兩個肖特基二極管或兩個場效應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的第二輸出端；當(dāng)所述肖特基二極管采用具有低閾值或開啟電壓的場效應(yīng)管代替時，需將場效應(yīng)管的柵極和漏極連接到一起，充當(dāng)肖特基二極管的陽極，而場效應(yīng)管的源極充當(dāng)肖特基二極管的陰極。進(jìn)一步的，所述肖特基二極管為選用avago公司的hsms-282x、hsms-285x和hsms-286x中的任一種甚高頻肖特基二極管。所述電容采用貼片電容，取值10pf。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器具有以下有益效果：1、本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器采用多天線以及串聯(lián)的多級倍壓整流網(wǎng)絡(luò)接收能量，所以其輸出電壓比只具有單天線的villard射頻能量收集器高；2、本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器采用多天線串聯(lián)來收集能量，所以其能量轉(zhuǎn)換效率比只具有單天線的villard射頻能量收集電路高。3、本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器，由于其輸出電流和能量轉(zhuǎn)換效率均相對較高，從而能夠為如植入式醫(yī)療電子設(shè)備等低功耗電子設(shè)備無線供能，避免頻繁更換其電池。附圖說明圖1是本發(fā)明具體實施例的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明具體實施例的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的具體電路圖；圖3為本發(fā)明具體實施例的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的天線結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，介紹一種多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的具體實現(xiàn)方法。應(yīng)當(dāng)說明該實施例僅用于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。本發(fā)明提供一種多天線串聯(lián)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(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)這n個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，n>1，其中，每個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)為二端口網(wǎng)絡(luò)，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)通過前一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端連接后一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端而實現(xiàn)依次串聯(lián)，第一天線至第n天線按照一一對應(yīng)的方式連接至第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端均接地，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端均空置，第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端作為所述多天線串聯(lián)式射頻能量收集器的能量輸出端。具體地，請參考圖1，所述第一天線與所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1相連，所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2接地，所述，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3空置，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4連接至所述第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2；第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1與第二天線相連，第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3空置，第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4連接至第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2；依理，所述第三至第n天線和第三至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的連接方式與所述第二天線和第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的連接方式相同，從而實現(xiàn)第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)，所述第n倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4輸出n個天線收集的能量。其中，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，可以相同，也可以不同，所述n個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)可以完全相同，也可以不同。每個倍壓整流網(wǎng)絡(luò)可以由兩個電容和兩個肖特基二極管組成，具體地電路連接為：第一個電容的一端為該倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，另一端連接第一個肖特基二極管的陰極和第二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(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2，并通過第二個電容和第二肖特基二極管的陰極相連，第二肖特基二極管的陽極作為該倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3，第二肖特基二極管的陰極作為該倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4。在本發(fā)明的其他實施例中，兩個肖特基二極管可以分別替換為具有低閾值(或開啟)電壓的場效應(yīng)管，此時需將場效應(yīng)管的柵極和漏極連接到一起，充當(dāng)肖特基二極管的陽極，而場效應(yīng)管的源極充當(dāng)肖特基二極管的陰極。請參考圖2，以n＝3為例，來詳細(xì)說明本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器，其中，3個天線為相同規(guī)格的微帶天線。當(dāng)n＝3時，該多天線串聯(lián)式射頻能量收集器為三天線串聯(lián)式射頻能量收集器，由第一微帶天線、第二微帶天線至第三微帶天線3個天線和第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)至第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)3個相同的倍壓整流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。所述第一微帶天線與所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1相連，所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2接地，所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3空置，所述第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4連接至第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2；第二微帶天線連接至第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，所述第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3空置，所述第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4連接至第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2；第三微帶天線連接至第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，所述第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3空置，所述第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4作為該三天線串聯(lián)式射頻能量收集器的能量輸出端，輸出3個微帶天線收集的能量。其中，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)由c11、c12兩個電容和d11、d12兩個肖特基二極管組成，具體地電路連接為：第一個電容c11的一端為第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，另一端連接第一個肖特基二極管d11的陰極和第二肖特基二極管d12的陽極，所述第一個肖特基二極管d11的陽極作為第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2，并通過第二個電容c12和第二肖特基二極管d12的陰極相連，第二肖特基二極管d12的陽極作為第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3，第二肖特基二極管d12的陰極作為第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4。第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)由c21、c22兩個電容和d21、d22兩個肖特基二極管組成，具體地電路連接為：第一個電容c21的一端為第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，另一端連接第一個肖特基二極管d21的陰極和第二肖特基二極管d22的陽極，所述第一個肖特基二極管d21的陽極作為第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2，并通過第二個電容c22和第二肖特基二極管d22的陰極相連，第二肖特基二極管d22的陽極作為第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3，第二肖特基二極管d22的陰極作為第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4。第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)由c31、c32兩個電容和d31、d32兩個肖特基二極管組成，具體地電路連接為：第一個電容c31的一端為第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端1，另一端連接第一個肖特基二極管d31的陰極和第二肖特基二極管d32的陽極，所述第一個肖特基二極管d31的陽極作為第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端2，并通過第二個電容c32和第二肖特基二極管d32的陰極相連，第二肖特基二極管d32的陽極作為第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端3，第二肖特基二極管d32的陰極作為第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4。本實施例中，上述各個肖特基二極管選用avago公司的甚高頻肖特基二極管hsms-282x、hsms-285x和hsms-286x中的任一種，所述各個電容采用貼片電容，取值10pf。請繼續(xù)參考圖2，圖2中，第一倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4相對于其第二輸入端2的電壓為vo1；第二倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4相對于其第二輸入端2的電壓為vo2；第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4相對于其第二輸入端2的電壓為vo3，且第三倍壓整流網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端4相對于地的電壓為vout。則當(dāng)射頻能量源發(fā)射的能量為10dbm@2.4ghz，負(fù)載為10kω，且發(fā)射天線位于第二微帶天線正前方5cm，三個微帶天線之間間距5mm時，本實施例中上述各節(jié)點電壓測試結(jié)果如下表所示：節(jié)點電壓(v)vo10.60vo20.45vo30.52vout1.57這也說明了本發(fā)明的多天線串聯(lián)式射頻能量收集器采用多天線串聯(lián)接收能量，其輸出電壓會比只具有單天線的villard射頻能量收集器高。請參圖3，本實施例中，所述第一微帶天線、第二微帶天線以及第三微帶天線均使用fr_4作為介質(zhì)基板，其介電常數(shù)er為4.4，損耗正切角為0.02，厚度為2.54mm，采用蛇形曲流設(shè)計方案，具體包括首端的矩形金屬微帶線部分31以及續(xù)接在所述矩形金屬微帶線31一側(cè)的蛇形彎繞部分33，所述矩形金屬微帶線部分31的輸入阻抗為50ω，其寬度w50和長度l50分別取值1.8mm和2mm；所述蛇形彎繞部分33與所述矩形金屬微帶線31一側(cè)的續(xù)接微帶線32的長度lin為1.5mm，所述續(xù)接微帶線32上設(shè)有圓形饋電點321，所述圓形饋電點321的直徑d為0.8mm；所述蛇形彎繞部分33均勻蜿蜒，其各個蜿蜒段(包括上部的蜿蜒段331、下部的蜿蜒段333)的寬度w為0.5mm，且所述蛇形彎繞部分33相鄰的蜿蜒段之間的間隙s為0.3mm；所述蛇形彎繞部分33的上部的蜿蜒段331的高度w1為1mm，下部的蜿蜒段333的高度w2為1.6mm，連接在上部的蜿蜒段331和下部的蜿蜒段333之間的豎直段332的高度x1為3mm。所述蛇形彎繞部分33的接地面長度可以為11mm。在本發(fā)明的其他實施例中w50、l50、lin、w、s、w1、w2、x1及接地面長度的取值可以進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以滿足器件性能要求。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本
技術(shù)領(lǐng)域：
中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12