[发明专利]一种多天线并联式射频能量收集器

说明书

技术领域

本发明涉及生物医疗电子器械领域，具体是一种多天线并联式射频能量收集器。

背景技术

射频能量收集是实现如植入式医疗器械等低功耗电子设备长期免维护工作的一项关键技术，其原理是通过从周围环境或特定的能量源捕获能量并将其转化为电能，经存储后提供给所述低功耗电子设备使用。目前，低功耗电子设备正朝集成化、微型化、无线化及智能化等方向迅速发展，而植入式医疗电子设备作为一种低功耗电子设备，其体积更小、功耗更低。为了适应植入式医疗电子设备的需求以及避免电池的频繁更换，射频能量无线供电是为植入式医疗电子设备无线供能的可选方案。现有的Villard射频能量收集器由单个天线和多级倍压整流网络构成，其在植入式医疗电子设备中应用存在以下局限性：

1、一般来说，射频能量源的发射功率较小，由于Villard射频能量收集器只有单个接收天线，其单位时间内收集的能量也比较少，使得Villard射频能量收集器的输出电流较低；

2、由于Villard射频能量收集器的单个接收天线收集的能量比较小，加之其倍压整流网络自身具有能量损耗，导致Villard射频能量收集器的系统转换效率较低。

因此，需要一种新的射频能量收集器，能够提高输出电流和能量转换效率，从而能够为如植入式医疗电子设备等低功耗电子设备无线供能，避免频繁更换其电池。

发明内容

本发明的目的是为了解决和克服现有Villard射频能量收集器所存在的技术问题和缺陷，提供一种多天线并联式射频能量收集器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多天线并联式射频能量收集器，由第一天线至第N天线这N个天线和第一倍压整流网络至第N+M倍压整流网络这N+M个倍压整流网络构成，N>1，M>1，其中，每个倍压整流网络为二端口网络，第一天线至第N天线按照一一对应的方式连接至第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第二输入端均接地，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第一输出端同时连接至第N+1倍压整流网络的第一输入端，第一倍压整流网络至第N倍压整流网络的第二输出端同时连接至第N+1倍压整流网络的第二输入端；第N+1倍压整流网络至第N+M倍压整流网络依次级联，且所述第N+M倍压整流网络的第二输出端作为所述多天线并联式射频能量收集器的能量输出端。

进一步的，所述N个天线选自陶瓷天线、橡胶天线或微带天线中的一种或多种。

进一步的，所述N个天线均为微带天线，所述微带天线均使用FR_4作为介质基板，其介电常数Er为4.4，损耗正切角为0.02，厚度为2.54mm。

进一步的，所述微带天线采用蛇形曲流设计结构，包括首端的矩形金属微带线部分以及续接在所述矩形金属微带线一侧的蛇形弯绕部分，所述蛇形弯绕部分由多个上部的蜿蜒段、多个下部的蜿蜒段以及连接在相应的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之间的竖直段组成。

进一步的，所述矩形金属微带线部分的输入阻抗为50Ω，宽度和长度分别取值1.8mm和2mm。

进一步的，所述蛇形弯绕部分与所述矩形金属微带线一侧的续接微带线长度为1.5mm，所述续接微带线上设有圆形馈电点，所述圆形馈电点的直径为0.8mm。

进一步的，所述蛇形弯绕部分的上部的蜿蜒段宽度和下部的蜿蜒段的宽度均为0.5mm，且相邻的上部的蜿蜒段之间的间隙和相邻的下部的蜿蜒段之间的间隙均为0.3mm；所述蛇形弯绕部分上部的蜿蜒段的高度为1mm，所述下部的蜿蜒段的高度为1.6mm，连接在相对应的上部的蜿蜒段和下部的蜿蜒段之间的竖直段的高度为3mm。

进一步的，所述N+M个倍压整流网络均相同。

进一步的，所述倍压整流网络由两个电容和两个肖特基二极管或两个场效应管组成，具体电路连接为：第一个电容的一端为该倍压整流网络的第一输入端，另一端连接第一个肖特基二极管的阴极和第二个肖特基二极管的阳极，所述第一个肖特基二极管的阳极作为该倍压整流网络的第二输入端，并通过第二个电容和第二个肖特基二极管的阴极相连，第二个肖特基二极管的阳极作为该倍压整流网络的第一输出端，第二个肖特基二极管的阴极作为该倍压整流网络的第二输出端；当所述肖特基二极管采用具有低阈值或开启电压的场效应管代替时，需将场效应管的栅极和漏极连接到一起，充当肖特基二极管的阳极，而场效应管的源极充当肖特基二极管的阴极。