日(r÷÷αì)常生(shēng)活中的(de)電(di≤☆àn)子(zǐ)設備越來(lái)越多(duō)了(le)，它們都(÷>±dōu)需要(yào)某種形式的(de)電(diàn)源才能(néng)維持正常工¶←™♣(gōng)作(zuò)。幸運的(de)是(shì)，我們周圍存在很(hěn)多(duō)種能(n≤≤‌éng)量形式，既可(kě)以把風(fēng)能(néng)、光(gu¥↓÷āng)能(néng)、物(wù)體(tǐ)運動動能(néng)轉換成電(dià♥σn)能(néng)，甚至從(cóng)高(gāo)頻(pín)無線電(diàn)信号的(de)傳輸™♦πγ中也(yě)可(kě)以收集部分(fēn)能(néng)量。

　　相(xiàng)比之下(xià)沒有(y™ε¶εǒu)那(nà)麽普遍但(dàn)是(shì)正在迅速普及的(de)則是(shì)從( ☆cóng)RF/微(wēi)波信号中收集能(néng)量的(de)方案，它可(★∑kě)以從(cóng)無線電(diàn)/電(diàn)視(shì)廣播站(zhàn)和♣¶ ↔(hé)無線設備上(shàng)獲取能(néng)量。在物(wù)聯網(IoT)傳÷σ≠≈感器(qì)和(hé)射頻(pín)識别(RFID)Ω↕•标簽等低(dī)功耗應用(yòng)中，這(zhè)種能(néng)量收集方案可(kě)‍σ∑以替換電(diàn)池。重複使用(yòng)能(néng)量可§γ↓"(kě)以降低(dī)運營成本，并提高(gāo)現(xiàn)有&δ'(yǒu)電(diàn)子(zǐ)系統和(hé)設備的✘¶(de)能(néng)源使用(yòng)效率。

　　從(cóng)RF中獲取能(néng)量

　　RF是(shì)能(néng)量收集‌£$‌的(de)豐富來(lái)源，它正在從(cóng)世界各地(dì)數(shù)€₽∞十億的(de)無線電(diàn)發射器(qì)中發射而出，這(zhè)些(xiē)發♣↑δ 射器(qì)包括移動電(diàn)話(huà)、移動電(diàn)話(hu<÷à)基站(zhàn)和(hé)電(dià÷♠πn)視(shì)/電(diàn)台信号發射基站(zhàn)等。因此，利用(yòng♥​♥)射頻(pín)能(néng)量來(lái)為(wèi)一(yī)些( $‌xiē)低(dī)功耗電(diàn)路(lù)供電(diàn)已經成為"×(wèi)一(yī)種趨勢。

　　從(cóng)RF獲取能(néng)量的(↓Ωde)概念并不(bù)新鮮，而且過程相(xiàng)對(duì)簡單。無線電(diànπ×)波到(dào)達天線并導緻其長(cháng)度上(shàng)的(‌♣σ§de)電(diàn)位差變化(huà)。該φ±電(diàn)位差使得(de)電(diàn)荷載流子(zǐ)沿著(zh ∏"e)天線的(de)長(cháng)度移動以試圖使場(chǎng)均₽↔衡，并且RF-DC集成電(diàn)路(lù)能(néng)夠從(cóng)這 <(zhè)些(xiē)電(diàn)荷載流子(zǐ)的(de)移動中捕∞‍α♦獲能(néng)量。能(néng)量暫時(shí)存儲在電(diàn)容器(↓☆qì)中，然後用(yòng)于在負載處産生(shēng)所需的(de)電(diàn)位差。

　　射頻(pín)能(néng)量信号是(shì)通(tōng)↕∞過天線接收的(de)，所以天線的(de)工(gōng)作(zuò)頻(‍♥pín)率必須與所接收到(dào)信号的(de)頻(pín)率相(xiàng)同∞✘ ∏，射頻(pín)信号通(tōng)過天線接收後既可(kπ₹ě)以用(yòng)在RF-DC轉換器(qì)上(shàng)又(y™​òu)可(kě)以用(yòng)在單純的(de)RF應用(yòng)上(shàng);RF-D ​✔¥C轉換器(qì)将RF信号轉換為(wèi)DC信号，從(c‍Ωóng)而可(kě)以将獲取的(de)能(néng)量存儲在能(néng)量®γ儲存裝置中;能(néng)量儲存裝置可(kě)以給RF-DC轉換器(qì)、RF裝置✘→£、低(dī)功耗應用(yòng)提供能(néng)量。  ♥Ω

      可(kě)±λπε以創建一(yī)個(gè)電(diàn)路(lù)Ω ₽★，通(tōng)過現(xiàn)成的(de)組件(jiàn)•☆為(wèi)子(zǐ)系統執行(xíng)RF到(dào)DC轉換。利用(yò≈↕​ng)天線，無線充電(diàn)線圈，PMIC(電(diàn)源管理(lǐ)IC)，功率接收器(≥×$qì)芯片，激勵器(qì)發射器(qì)等的(de)各種組合可(kěλλα↔)以産生(shēng)能(néng)夠從(cóng)RF獲取能(néng)量的(de)♠•★系統。

　　射頻(pín)能(néng)量信号是(shì)通(tō↕Ω₽ng)過天線接收的(de)，所以天線的(de)工(gōng)作(zuò)頻(pín)率必須與Ω§所接收到(dào)信号的(de)頻(pín)率相(xiàng)同，射頻(pín±↕©)信号通(tōng)過天線接收後既可(kě)以用(yòng)在RF-DC轉換器(qì←£)上(shàng)又(yòu)可(kě)以用(yòn¥≠‍$g)在單純的(de)RF應用(yòng)上(shàng);RF-DC轉換器(qì)将RF信号轉換為≤γ(wèi)DC信号，從(cóng)而可(kě)$&<®以将獲取的(de)能(néng)量存儲在能♦₩≥←(néng)量儲存裝置中;能(néng)量儲存裝置可•φ₽(kě)以給RF-DC轉換器(qì)、RF裝置、低(dī)功←♠耗應用(yòng)提供能(néng)量。

   天線

　　發射信号的(de)天線有(yǒu)很(hěn)多(duō)種，& ♠ 如(rú)手機(jī)基站(zhàn)、電(diàn)視(sh¥¥∑γì)信号發射塔和(hé)WIFI路(lù)由器(×₽qì)等;接收信号的(de)天線則屬于射頻(pín)能(néng)量收集器γ‌(qì)的(de)一(yī)部分(fēn)，通(t←↕δ$ōng)過它接收外(wài)界的(de)射頻(pín)信号來(lá→♦☆πi)進行(xíng)後續工(gōng)作(zuò)。

　　在任何移動設備中天線的(de)設計(jì)><☆©都(dōu)是(shì)相(xiàng)當重要(yào)的(de)。平面貼片天線是(s≤  hì)一(yī)種形狀适宜、重量輕、易于操作(zuò)的(de)天線。然而，其&≤♥♣本身(shēn)卻也(yě)不(bù)那(nà)麽小(xiǎo)。   ∞

　　一(yī)種減小(xiǎo)天線尺寸的(de)方×→法是(shì)在高(gāo)介電(diàn)常數(shù)的(de)材料上(shàng‍£±)制(zhì)備貼片天線。一(yī)般來(lái)說(shuō)，單個(gè)的(de☆→)天線不(bù)能(néng)收集到(dào)足夠的(de)能(↓♣♣néng)量去(qù)驅動一(yī)個(gè)器(qì)件(jiàn)，多(du↑£>✘ō)天線結構可(kě)以獲取一(yī)個(gè)更大(dà♠↓≠£)範圍的(de)射頻(pín)能(néng)量。

　　一(yī)個(gè)設計(jì)良好(hǎo)的(d♣↕α≠e)天線應該能(néng)夠具有(yǒu)獲取整個(gè)頻(pín¶ σπ)帶能(néng)量的(de)功能(néng)，這(zhè)對(duì)于計(jì)算(su©★∑∑àn)整個(gè)頻(pín)帶的(de)能(néng)量是(shì)非常重要(yào)的 ≥✔(de)。輸入射頻(pín)功率密度是(shì)‍∞在結合了(le)所有(yǒu)頻(pín)譜後計(jì)算≤→✘'(suàn)出來(lái)的(de)。  ↓β↕

RF-DC轉換電(diàn)路(lù)

　　RF-DC轉換電(diàn)路(lù)是(shì)能(≈×π∞néng)量收集器(qì)的(de)核心部分(f <ēn)，主要(yào)功能(néng)是(shì)将接收到(d→εào)的(de)射頻(pín)信号轉換為(wèi)直流信号。σσ↔₽電(diàn)路(lù)主要(yào)由阻抗匹配、整流器(qì)和(hé)電(diàn)源管理§↓(lǐ)三部分(fēn)組成。

　　通(tōng)常來(lái)說(shuō)用(yòng)單個(gè)矽整流天線二極α<Ω 管為(wèi)設備提供能(néng)量是(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不(bù)夠↔®‍<的(de)，使用(yòng)多(duō)個(gè)相(xiàng÷®₩)互連接的(de)天線可(kě)以提供足夠的§≤​‌(de)能(néng)量。

　　如(rú)圖(a)所示，一(yī)種結構是(shì)在整流器(qì)前并聯φ>‍多(duō)個(gè)天線，彙總RF信号再進行(xínπΩg)整流。在點對(duì)點的(de)射頻(pín)系統中(窄基帶)，這(zhè)種結構π×™£的(de)能(néng)量轉移是(shì)最有(yǒu)效的(de);如(rú)圖(b ♣↓)所示，另一(yī)種結構則是(shì)每個₩≠ ‌(gè)天線對(duì)應一(yī)個(gè)整流器(qì)，先進行(x€≈íng)整流再彙總直流信号，對(duì)于大(±★ ±dà)型矽整流二極管天線和(hé)射頻(pín)能(néng)量←±π÷收集(消除随機(jī)偏振的(de)影(yǐng≠↓↔)響)，這(zhè)種結構是(shì)最合适的(de)。>←‌$

能(néng)量儲存

　　在能(néng)量儲存方面可(kě)以利用(yòng)傳統的(de)充電(diàn£σ)電(diàn)池、新型薄膜電(diàn)池以及電(diàn)容對(duì)能(néng)量進行( ≠£βxíng)儲存。但(dàn)電(diàn)池存在可∞☆☆(kě)充電(diàn)次數(shù)有(yǒu)限，需要(y→≥φ→ào)更換等缺點。這(zhè)就(jiù)需要(yào)考慮采用(yòng)新的♦∑↑​(de)存儲方案，例如(rú)使用(yòng)超級電(di★πàn)容。傳統超級電(diàn)容為(wèi)電(diàn)化  ₽>(huà)學雙層電(diàn)容器(qì)(EDLC)，這(zhè)種電(diàn)容已經有(yǒβ∑♦u)30多(duō)年(nián)的(de)使用(yòng)曆史了(le)。EDLC是($‍™¥shì)在必須被頻(pín)繁更換的(de)電(diàn)池與在使用(yòng)封裝下(Ω↕εxià)無法提供足夠電(diàn)荷存儲的(de)靜(jìng)電(diàn)/電(d‌ iàn)解電(diàn)容之間(jiān)的(de)最好(h¥×ǎo)産品。

　　能(néng)量收集器(qì)的(de)難點

　　設計(jì)能(néng)量收集器(qì)的(deπ∑¥β)難點有(yǒu)三個(gè)，分(fēn)别是(shì)天線、靈敏度ε&和(hé)轉換效率。

　　就(jiù)天線而言，雖然科(kē)學工✔♣↕(gōng)作(zuò)者經過多(duō)年(nián)☆≤→努力已經在設計(jì)技(jì)術(shù←♦)方面取得(de)了(le)不(bù)小(x ↕β​iǎo)的(de)成果，但(dàn)是(shì)天線的λ¥♠(de)小(xiǎo)型化(huà)、寬頻(pín)帶問(wèn)題仍ε↑‌€是(shì)射頻(pín)能(néng)量收♣≤≠₽集技(jì)術(shù)的(de)關鍵。原因是(shì♥φ≤₹)要(yào)将其應用(yòng)在較小(xiǎo)的(de)設備上(shλ ∏àng)就(jiù)必須要(yào)求天線小(xiǎo‌↓"γ)型化(huà)，占用(yòng)空(kōng)間(jiān)小(xiǎφ≥&o);其次，空(kōng)間(jiān)中的(deγ‌ )射頻(pín)能(néng)量比較低(dī)，所分(f×↑≠→ēn)布頻(pín)帶比較散，所以要(yào)求天線必須具有(yǒu)&γ±γ寬頻(pín)帶的(de)特點。

　　就(jiù)靈敏度而言，靈敏度決定了§‌™≤(le)能(néng)量收集器(qì)工(gōng)作(zuò)的(de)最大(dà)範圍↕>☆₩。射頻(pín)能(néng)量比較低(dī)時(shí)，對(duì)其進行(xíng)收✘ ≈集需要(yào)靈敏度較高(gāo)的(de)射頻(pín)能 §(néng)量收集器(qì)。影(yǐng)響靈敏度的(¥∑®de)因素主要(yào)有(yǒu)：天線與整流器(qì)之間(jiān)的(€↓de)匹配情況、整流器(qì)件(jiàn)阈值電(diàπ¥n)壓的(de)影(yǐng)響等。經科(kē)研工(gōng)作(zuò)✔✘×者不(bù)斷努力，靈敏度雖已得(de)到(dào) →★提高(gāo)，但(dàn)前提是(shì)需要(yào)使用(yòn∏♦g)幾十級的(de)整流電(diàn)路(lù)，這(zhè)就(jiù)導≈¥€≤緻芯片面積增加、寄生(shēng)參數(shù÷πβ<)增加等一(yī)系列問(wèn)題。

　　就(jiù)轉換效率而言，功率轉換效率是(shì)收集器<β→(qì)的(de)一(yī)個(gè)重要(yào)指标，當射頻(pín)&‌£信号能(néng)量比較低(dī)時(shí)轉換效率會(huì)迅速降低(✘ε★↔dī)。目前提高(gāo)效率的(de)方法有(yǒu)采用(yòng)€≥↓↓外(wài)部阈值、內(nèi)部阈值、自(zì)阈值的(de)補償以實現♥♦(xiàn)對(duì)整流MOS管進行(xíng)阈值α™補償加快(kuài)其導通(tōng)速度等₽€方法。但(dàn)這(zhè)些(xiē)技(jì)術(shù)效果還(hái)不(bù)是(∏•★shì)很(hěn)理(lǐ)想，需要(yào)進一(yī)步改進或者發展其他♦€(tā)新方法。

　　射頻(pín)能(néng)量采集技(jì)術(shù)的(de)發展現(xiàn)狀及應用×δ (yòng)

　　近(jìn)年(nián)來(lái),超低(dī)功耗、低(dī)電(dià₹≈ ✘n)壓電(diàn)子(zǐ)元器(qì)δ↑‌$件(jiàn)及電(diàn)路(lù)的(de)大(dà‍÷)量出現(xiàn)以及現(xiàn)實生(shēng)活中大(dà)量Ω‌'不(bù)易更換電(diàn)池的(de)電(diàn)子(zα≈↔€ǐ)微(wēi)系統的(de)廣泛使用(yòng)，∏∞引起了(le)人(rén)們對(duì)環境射頻(pín)能(néng)± 量收集技(jì)術(shù)研究的(de)廣★©&≥泛關注。 當前，環境射頻(pín)能(néng)量收集的(de)研究及應用(yò‍¥βng)主要(yào)在低(dī)功耗且不(bù)易更換電(diàn)池的(de)©±無線傳感網絡節點及植入式電(diàn)子(zǐ)設備等方面。

　　1、無線傳感器(qì)網絡方面的(de)應用(yòng)

　　無線傳感器(qì)網絡具有(yǒu)廣泛的(de)應用(yòng)價值，涉及•≤"↕工(gōng)業(yè)、農(nóng)∑Ω→業(yè)、水(shuǐ)文(wén)、軍事(shδ‍ì)、生(shēng)物(wù)醫(yī)學等各個(gè)領域。 當前，電(diàn)池仍然 ↕→÷是(shì)無線傳感器(qì)網絡的(de)主要(yào)能(néng)量來(lái)源，₹♣↓£但(dàn)是(shì)電(diàn)池的(de)壽命、尺寸以及維護和(hé)更換費¶®φβ(fèi)用(yòng)等,在某些(xiē)場(chǎng)合是(shì)不(© αbù)能(néng)忍受的(de)。 如(★≤rú)在智能(néng)建築中，每個(gè)建築物(wù)至少(s'  ∏hǎo)有(yǒu)上(shàng)百個(gè)的(de)傳感器( ★γ qì)節點分(fēn)布于建築體(tǐ)中的(de)各個(gè)¶π部位,用(yòng)于監測溫度、亮(liàng)度、人(rén)流量等參€ ∏數(shù);通(tōng)過布線為(wèi)這(zhè)些(xλ×₽©iē)傳感器(qì)節點提供電(diàn)源,其代 ¶→價是(shì)十分(fēn)昂貴的(de)，而采用(yòng)電(diàn)池供電₩"$β(diàn)主要(yào)面臨的(de)問(wèn)題是(shì)€ ♠ 往後如(rú)何判斷哪些(xiē)節點的(de →♠)電(diàn)池已耗盡并進行(xíng)更換，這(zhè)在商業→γ(yè)上(shàng)是(shì)難以接受的(de),而采用(yòng)環境>♣‍λ射頻(pín)能(néng)量收集技(jì)術(shù)輔以可(kě)充電(diàn) ¶♥電(diàn)池則是(shì)其比較理(lǐ)想的(de)供電(diàn)方式 。 ≤≠

　　近(jìn)幾年(nián)φ♣∑，環境射頻(pín)能(néng)量收集技(jì)術(shù)在低(dī)功耗、分(fēn)布×≥↕廣、不(bù)易更換電(diàn)池的(de)無線傳感器(qì)網絡的(de)應用(yòng)研究≠ 取得(de)了(le)一(yī)些(xiē)進展。≥✔

　　此外(wài)，還(hái)有(yǒu)不(bù)少(shǎo)應用(yòng)環®<☆境射頻(pín)能(néng)量為(wèi)低(dī)功耗無線設備提供電(dià'<n)能(néng)的(de)能(néng)量收集器(qì)，它們分(fēn)别利用(yòng)不(♦♥δbù)同的(de)射頻(pín)源，如(rú) 采用(yòng)環境 GSM 信号作(zuò)為♣$↔•(wèi)射頻(pín)源， 采用(yòng)環境 WiFi 信号作(zuò)為(w∏±←èi)射頻(pín)源。

　　2、生(shēng)物(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)方面的♦♥(de)應用(yòng)

　　随著(zhe)通(tōng)信、計(÷≠jì)算(suàn)機(jī)、傳感器(qì)以及微(w÷★‍‌ēi)納電(diàn)子(zǐ)技(jì)術(shù)等領域的(de)研究不(bù)斷取得≠"α(de)突破，生(shēng)物(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)系統正朝集成化(huà≤₽ )、微(wēi)型化(huà)、無線化(huà)及智能(néng)化(huà)等方向迅α$×δ速發展;同時(shí)随著(zhe)老(lǎo)齡化(huà)社會(huì)的(®' de)到(dào)來(lái)以及人(rén' )們生(shēng)活水(shuǐ)平的(de)提高(gāo)，各種應用(yòng)​↔φ需求應運而生(shēng)，生(shēng)物(wù)醫(yī)學電₹✔✘(diàn)子(zǐ)設備的(de)體(tǐ)積更£★小(xiǎo)、功耗更低(dī)。 電(diàn)池是(shì)低(dī)功耗穿戴式或植≈∏入式生(shēng)物(wù)醫(yī)學電(diàn)子(zǐ)設備當前的(de)¥≥主要(yào)能(néng)量來(lái)源，但≥$(dàn)為(wèi)了(le)穿戴的(d >ε$e)舒适性或更易于植入，自(zì)供電(diàn)顯然是(sh♠≠•Ωì)其最佳選擇，不(bù)少(shǎo)科(kē)技(jì)工(gōng)£≠φ±作(zuò)者對(duì)此展開(kāi)了(le)研$≤‍究。

　　此外(wài)，射頻(pín)能(néng)量經過收集、轉換，還(h$♣✘ái)可(kě)有(yǒu)望應用(yòng)于其它 §≥可(kě)穿戴式低(dī)功耗設備、無線供電(diàn)手持設備、•σ™RFID 标簽、非接觸式晶圓級測試等場(chǎng)合 ,具有(yǒu)廣闊的(de)應用(≥♣€♦yòng)前景。

　　當前，環境射頻(pín)δΩ能(néng)量收集技(jì)術(shù)正朝著(zhe)小(xiǎo)型化(hλ✔♦≥uà)、集成化(huà)、陣列化(huà)、智能(néng)化(huà‌‍)等方向發展。 智能(néng)化(huà)就(jiù)是(shì)通(tōng)過一(yī)定的☆γ™(de)優化(huà)算(suàn)法或自(zì)适應控制(zhì)技(jì)術(shù)使其效<‍δ$率最大(dà)化(huà);小(xiǎo₩♠)型化(huà)、集成化(huà)的(de)目标是(shì)将射頻(pín)能(nén♠♠®g)量收集器(qì)甚至接收天線集成到(dào)用(yòng)電(d >iàn)系統芯片中。