[发明专利]基于电磁超材料频率选择表面的环境射频能量收集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电磁超材料频率选择表面的环境射频能量收集器，属于能量收集技术领域。

背景技术

射频能量收集是新兴的尖端技术，也是无线供能的一个新趋势。目前随着超低功率传感器、微型无线穿戴设备和植入式电子设备的发展，现有的电池和有源供能系统的缺陷也越来越明显。通过收集环境中的射频能量供能也体现绿色环保的理念。现有的射频能量收集装置大都利用传统的天线作为收集装置，而本发明利用超材料频率选择表面收集环境中射频能量收集的频率带宽比用传统天线收集到的带宽更大、并且具有可叠加性，即每个单元收集的能量可叠加，更具有实用性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种基于电磁超材料频率选择表面的环境射频能量收集器。

本发明所述的能量收集装置，由射频发生源、电磁超材料频率选择表面、SMS7630二极管、能量管理器、超级电容组成。

周围环境中本身就存在许多射频信号，有手机的GSM信号、WiFi信号等，但功率较小，这里我们本发明再用一个无线路由作为射频发生源发射2.45GHz的信号，在一定的距离利用超材料频率选择表面收集该射频能量，每一个单元都焊有型号为SMS7630型二极管，然后把接收表面的正负极接入能量管理器的输入端，并且把超级电容接在能量管理器存储引脚以存储收集到的能量。

本发明涉及无线射频技术、电磁耦合技术和谐振单元电路设计技术。当环境中的电磁波入射到电磁超材料频率选择表面时，与贴片方向平行的电场，对电子产生作用力并使其振荡，在单元表面上形成感应电流。然后在每个单元的传输线上焊上二极管对收集到的能量进行整流并规定其流向。并且在电磁超材料频率选择表面的电路设计上采用双环六边形的设计，双传输线以提高收集能力并缩小单元结构。

本发明所述的能量收集器结构包括:型号为SMS7630型二极管、过孔、FR-4型基板、覆铜、覆铜连接线、正极引线、负极引线、可发射900MHz到2.45GHz信号的天线、距离、连接正极的连接线、连接负极的连接线、型号为BQ25504的能量管理器、超级电容、负载。

将型号为SMS7630型二极管依次焊入电磁超材料频率选择表面每个单元中，然后在规定的方向端上引出正极引线和负极引线，接入型号为BQ25504的能量管理器的输入端，在该能量管理器的存储端接上超级电容作为能量存储器，放置距离射频发生源即可发射900MHz到2.45GHz信号的天线有效距离1.5米之内进行充电，待超级电容充电完成后在上述能量管理器的输出端接负载，如LED灯，低功耗传感器，可充电电池等。

本发明的有益效果:本发明所述能量收集器应用领域十分广泛，并且相对于传统的射频能量收集器有许多优势:其一，能够收集的频带带宽较宽，对于GSM900（900MHz）和GSM1800(1.8GHz）、WiFi（2.45GHz）的信号都具有一定的收集能力;其二，省去了匹配和整流电路，减少了能量的损耗;其三，该结构具有可叠加性，即收集到的能量可随单元数的增加叠加。

附图说明

图1为基于电磁超材料频率选择表面结构单元示意图;

图中1为型号为SMS7630型二极管，2为过孔，3为FR-4型基板，4为覆铜;且图中标注的d=31.0869mm，w1=1mm,w2=4mm,g=1mm,t=1.6mm,s=1.5mm;

图2为基于电磁超材料频率选择表面结构单元背面示意图，图中5为覆铜连接线;

图3为基于电磁超材料频率选择表面结构示意图，图中6为正极引线，7为负极引线;

图4为应用连接示意图，图中8为可发射900MHz到2.45GHz信号的天线，9为距离，10为连接正极的连接线，11为连接负极的连接线，12为型号为BQ25504的能量管理器，13为超级电容，14为LED灯或者可充电电池等负载。

具体实施方式

本发明通过以下实施例作进一步说明。

本发明所述的能量收集器结构包括:型号为SMS7630型二极管、过孔、FR-4型基板、覆铜、覆铜连接线、正极引线、负极引线、可发射900MHz到2.45GHz信号的天线、距离、连接正极的连接线、连接负极的连接线、型号为BQ25504的能量管理器、超级电容、负载。

将型号为SMS7630型二极管依次焊入电磁超材料频率选择表面每个单元中，然后在规定的方向端上引出正极引线和负极引线，接入型号为BQ25504的能量管理器的输入端，在该能量管理器的存储端接上超级电容作为能量存储器，放置距离射频发生源即可发射900MHz到2.45GHz信号的天线有效距离1.5米之内进行充电，待超级电容充电完成后在能量管理器的输出端接负载，如LED灯，低功耗传感器，可充电电池等。