專(zhuān)利名稱(chēng)：能量收獲電路及其所關(guān)聯(lián)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一些為天線提供再生反饋(regenerativefeedback)使天線有效面積實(shí)質(zhì)上大于它的物理面積的電路部分的固有調(diào)諧天線(inherently tuned antenna)，具體地說(shuō)，本發(fā)明提供了適合諸如在集成電路芯片或者電路小片上以小型化形式使用的電路及所關(guān)聯(lián)的方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，已知諸如RF信號(hào)之類(lèi)的能量可以越空發(fā)送給各種類(lèi)型的接收天線，用于各種用途。
Rudenberg在“無(wú)線電報(bào)中電波的接收”(“Der EmpfangElektricscher Wellen in der Drahtlosen Telegraphie”，Annalen derPhysik IV，25，1908，pp.446-466)揭示了通過(guò)非理想的儲(chǔ)能電路與1/4波長(zhǎng)鞭狀天線配合而引起的再生可以得到一個(gè)具有一個(gè)大于它的幾何面積的有效面積的天線。他揭示了使用1/4波長(zhǎng)鞭狀天線的線積分長(zhǎng)度來(lái)獲得這個(gè)有效面積。他說(shuō)明了天線與可以近似為平面波的入射場(chǎng)交互作用通過(guò)感應(yīng)使電流流入天線?？梢酝ㄟ^(guò)再生增強(qiáng)的電流在天線附近產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)，這個(gè)場(chǎng)與入射場(chǎng)交互作用，使得入射場(chǎng)線彎曲。場(chǎng)線彎曲成使能量從入射的波陣面的一個(gè)具有從波陣面吸收能量的效應(yīng)的比較大的部分從波陣面的比天線的幾何面積大許多的面積流入天線。這可參閱Fleming的“動(dòng)作的原子、電和光”(“On Atoms of Action，Electricity，and Light”，Philosophical Magazine 14，p.591(1932))；Bahren的“粒子怎樣可以吸收比入射到它上更多的光？”(“How Can aParticle Absorb More Than the Light Incident On It？”，Am.J.Phys.51，No.4，p.323(1983))；以及詳細(xì)說(shuō)明Rudeinberg原理的Paul等人的“偶極子的光吸收”(“Light Absorption by a Dipole”，Sov.Phys.Usp.26，No.10，p.923(1983))。這些原理全都針對(duì)可以模型化成調(diào)諧電路的天線或數(shù)學(xué)上模擬在原子物理學(xué)上遇到的情況。
再生被認(rèn)為可以減小天線電路的電阻，從而使天線電流增大，因此增大天線場(chǎng)的交互作用，結(jié)果從較大的有效入射場(chǎng)面積吸收能量。這些現(xiàn)有的公開(kāi)，雖然討論了物理現(xiàn)象，但并沒(méi)有涉及怎樣可以達(dá)到這個(gè)效果。
美國(guó)專(zhuān)利5,296,866揭示了利用與二十世紀(jì)二十年代的涉及包括與一個(gè)長(zhǎng)線天線連接和與一個(gè)真空三極管的柵極電路連接的分立的電感器-電容器調(diào)諧電路的電子管無(wú)線電接收機(jī)的活動(dòng)有關(guān)的再生的情況。陽(yáng)極電路的能量中有一些引入柵極天線電路。這類(lèi)似于將一個(gè)負(fù)電阻引入天線-柵極電路。例如，天線由于風(fēng)引起的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致天線阻抗改變是電路因此振蕩的穩(wěn)定性不足的來(lái)源。于是，建議用一個(gè)緩沖管電路將再生加到與天線電路隔離的第二放大級(jí)上。這減小了寄生信號(hào)，但是也顯著地降低了靈敏度。這個(gè)專(zhuān)利還揭示了一些在通過(guò)引入負(fù)電感成分或電阻以抵消正電特性來(lái)改善性能上的工作。然而，就本發(fā)明所考慮的在收獲能量以變換成直流電的情況來(lái)說(shuō)穩(wěn)定性并不重要。
這個(gè)專(zhuān)利揭示了利用一個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能電路的情況，用分立的電感器和分立的電容器來(lái)增大天線有效面積。
美國(guó)專(zhuān)利5,296,866還揭示了在減小天線電路阻抗從而減小不穩(wěn)定性和獲得比其他配置的結(jié)果大的天線有效面積中以一種受控方式利用正反饋的情況。然而，這個(gè)專(zhuān)利需要用分立的電路來(lái)提供受控的正反饋。對(duì)于比較小的天線，添加提供再生的分立電路元件增大了復(fù)雜性和成本，因此并不是理想的解決方案，特別是對(duì)于在一個(gè)諸如CMOS芯片之類(lèi)的集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)的很小的平面天線來(lái)說(shuō)。
當(dāng)前所關(guān)注的是利用在諸如電子芯片之類(lèi)的基片上形成的平面天線來(lái)開(kāi)發(fā)可用于諸如移動(dòng)電話、個(gè)人尋呼機(jī)、RFID之類(lèi)的各種小型電子產(chǎn)品應(yīng)用的較小天線。一般情況可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,598,276、6,373,447和4,857,893。
美國(guó)專(zhuān)利4,598,276揭示了一種電子物品監(jiān)視系統(tǒng)和其中所用的標(biāo)志器。這種標(biāo)志器包括一個(gè)具有電感和電容元件的調(diào)諧諧振電路。調(diào)諧諧振電路形成在一個(gè)介質(zhì)迭層板上，在介質(zhì)的相對(duì)表面上有一些導(dǎo)電的多圈螺旋線。由于相對(duì)螺旋線之間的分布電容，形成了電容性分量。電路至少在兩個(gè)以后接收的預(yù)定頻率上共振，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。其中沒(méi)有揭示利用再生為調(diào)諧諧振電路產(chǎn)生一個(gè)比物理面積大的有效面積。
美國(guó)專(zhuān)利6,373,447揭示了利用在一個(gè)集成電路芯片上形成的與芯片上其他電路連接的一個(gè)或多個(gè)天線的情況。這些天線形態(tài)包括回路、多圈回路、正方形螺旋線、長(zhǎng)線和偶極子。天線可以具有兩個(gè)或更多個(gè)可以有選擇地相互連接的段，以改變天線的有效長(zhǎng)度。此外，能在兩個(gè)由一個(gè)絕緣層分開(kāi)的不同的金屬化層內(nèi)形成兩個(gè)天線。這樣做的主要缺點(diǎn)是天線的發(fā)送和接收強(qiáng)度與回路區(qū)內(nèi)的圈數(shù)成正比。其中沒(méi)有揭示用再生增大有效面積的情況。
美國(guó)專(zhuān)利4,857,893揭示了使用包括在芯片上的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器電路內(nèi)的平面天線的情況。轉(zhuǎn)發(fā)器的平面天線使用芯片上的一些磁膜電感器以減少圈數(shù)，從而簡(jiǎn)化了電感器的形成。它揭示了一種具有一個(gè)外徑為1cm×1cm的多圈螺旋形線圈。在有高頻電流通過(guò)線圈時(shí)，磁膜受到在一個(gè)難磁化方向上的驅(qū)動(dòng)，每個(gè)導(dǎo)線周?chē)膬蓚€(gè)磁膜用作一個(gè)圍繞著一個(gè)一圈的線圈的磁芯。這些磁膜除它的自由空間電感之外還增大了線圈的電感。其中沒(méi)有揭示使用諧振電路的情況。這種方法的問(wèn)題之一是需要為集成電路應(yīng)用制造具有充分高的電感和Q的小型空心電感器。這種小型空心電感器通過(guò)淀積一層坡莫合金磁膜或其他具有大磁導(dǎo)率和電絕緣特性的適當(dāng)材料以增大線圈的電感。這種方法增大了芯片上天線的復(fù)雜性和成本，由于在天線線圈之間需要有磁膜層，因此減小天線也受到限制。
在這里特別列為參考予以引用的共同待決美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/951,032揭示了一種芯片上天線，其有效面積為實(shí)際面積的300至400倍。有效面積的增大是由于使用了一個(gè)用螺旋線導(dǎo)體的分布電感和電容形成的LC儲(chǔ)能電路。這是通過(guò)在天線內(nèi)用極間電容和電感形成LC儲(chǔ)能電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這提供了有效面積大于物理面積的天線，而不需要添加分立的電路。此外，它還排除了要用磁膜。結(jié)果，使生產(chǎn)這種集成電路芯片上的天線更為方便，因?yàn)檫@種天線就是設(shè)計(jì)成在這種芯片上的超小型天線。這種情況也可參見(jiàn)在這里特別列為參考予以引用的美國(guó)專(zhuān)利6,289,237。
盡管有了前面這些發(fā)明，實(shí)際上仍然還非常需要可用于在空間內(nèi)接收和發(fā)射能量的能提供一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于物理面積的有效面積的電路。還需要這樣一種系統(tǒng)和有關(guān)方法，可以在提供這樣的集成電路芯片上的電路中用固有調(diào)諧天線和分布電特性實(shí)現(xiàn)使用天線再生技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿(mǎn)足了以上所述的需要。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，能量收獲電路具有一個(gè)如在這里所定義的固有調(diào)諧天線，被結(jié)構(gòu)成使能量收獲電路的至少部分能量提供給天線進(jìn)行再生反饋，從而形成一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于天線物理面積的天線有效面積。這種電路可以用固有分布電感和固有分布電容連同固有分布電阻一起形成一個(gè)提供再生反饋的儲(chǔ)能電路(tank circuit)。這種電路在工作上可以是與一個(gè)負(fù)載關(guān)聯(lián)的。
這種電路可以形成為一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的單元，而在另一個(gè)實(shí)施例中可以形成在一個(gè)集成電路芯片上。
優(yōu)選的是，這種電路包括一個(gè)儲(chǔ)能電路，而固有的分布電阻可以用來(lái)使所述天線再生。本發(fā)明提供了實(shí)現(xiàn)反饋和再生的具體電路和裝置。
天線可以呈現(xiàn)為在一個(gè)平面基片上的一個(gè)導(dǎo)電線圈，具有一個(gè)作為接地面的相對(duì)表面以及固有分布電感、固有分布電容和固有分布電阻。
這種能量收獲電路也可以用來(lái)發(fā)射能量。
在一種有關(guān)能量收獲的方法中，用這種電路來(lái)提供再生反饋，從而形成一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于天線物理面積的天線有效面積。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供可以用印制電路技術(shù)在一個(gè)適當(dāng)?shù)幕闲纬傻倪@種電路。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種獨(dú)特的適合能量收獲和能量發(fā)射的電路，這些電路具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于它們的物理面積的有效面積。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一些電路和有關(guān)方法，它們包括一個(gè)調(diào)諧諧振電路和用固有分布電感、固有分布電容和固有分布電阻實(shí)現(xiàn)這樣的反饋。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供可以在一個(gè)集成電路芯片或基片上形成的這種電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供不需要用分立的電容器的這種電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供考慮了天線導(dǎo)電線圈的尺寸和導(dǎo)電率以及與導(dǎo)電線圈鄰近的材料的電容率的這種電路。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供多個(gè)產(chǎn)生所希望的在固有調(diào)諧天線內(nèi)形成再生的反饋的裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供可以有益地使用通過(guò)空間傳送的由能量收獲電路接收的RF能量的電路。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種RF能量收獲電路，其中天線的有效能量收獲面積大于天線物理面積而且與天線物理面積無(wú)關(guān)。
從以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的說(shuō)明中可以更完全地理解本發(fā)明這些及其他一些目的。


圖1為本發(fā)明的收獲等效電路的原理圖，示出了在理想條件下的情況。
圖2為本發(fā)明的考慮由于源/負(fù)載阻抗不匹配而引起的再生傳輸?shù)牧硪粋€(gè)收獲等效電路的原理圖。
圖3為本發(fā)明的將圖2擴(kuò)展為包括由于非理想的儲(chǔ)能電路而引起的再生的另一個(gè)等效電路的原理圖。
圖4為本發(fā)明的將不匹配再生源與將功率傳送給負(fù)載的實(shí)際源分開(kāi)的可替代的等效電路的原理圖。
圖5A示意性地例示了本發(fā)明的一個(gè)矩形線圈的能量收獲電路的平面圖。
圖5B例示了圖5A的能量收獲電路的沿圖5A中的5B-5B切剖的剖視圖。
圖6例示了本發(fā)明的一個(gè)能量收獲電路的剖視圖。
圖7A示意性地例示了一個(gè)具有一個(gè)波長(zhǎng)的尺寸和含有大量CMOS芯片或基片的正方形。
圖7B示意性地例示了與圖7A有關(guān)的單個(gè)CMOS基片或芯片。
圖8為一種集成芯片或基片上的再生天線的平面圖。
圖9例示了沿圖8的9-9切剖的剖視圖。
圖10為本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施，示出了在單個(gè)產(chǎn)品單元內(nèi)的多個(gè)固有調(diào)諧天線。
具體實(shí)施例方式
如在這里所使用的，所謂“固有調(diào)諧天線(inherently tunedantenna)”是指一種連同周?chē)牧弦黄鸬膶?dǎo)電產(chǎn)品，包括但不限于芯片內(nèi)電路、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、互連和通路，起著一個(gè)天線的作用，具有固有的電感、電容和電阻的電特性，這些電感和電容可以組合在一起，在所加的外部能量的激勵(lì)下在一個(gè)所希望的頻率上共振，為天線提供再生反饋，從而形成一個(gè)大于天線物理面積的天線有效面積。這種天線可以是一個(gè)獨(dú)立的天線，也可以與一個(gè)集成電路芯片或電路小片集成在一起，帶或不帶附加的電氣元件，使用所有這樣一些元件的總電感、電容和電阻。
如在這里所使用的，所謂“有效面積(effective area)”是指一個(gè)發(fā)射波陣面的其功率可以變換為有用的面積。
如在這里所使用的，所謂“能量收獲(energy harvesting)”是指接收空間內(nèi)的能量、截獲其一部分加以收集或累積和變換后供立即或以后使用的天線或電路。
如在這里所使用的，所謂“在空間內(nèi)(in space)”或“通過(guò)空間(through space)”是指能量或信號(hào)通過(guò)空氣或類(lèi)似的媒體傳輸，無(wú)論是在一個(gè)封閉的還是部分封閉的環(huán)境內(nèi)，而不是由硬線或印刷電路板傳輸電能。
來(lái)看等效電路如圖1所示的固有調(diào)諧天線2(示于虛線方框內(nèi))，圖中示出了天線元4、由電感10和電容12組成的儲(chǔ)能電路6以及地16。此外，還示出了任何集總阻抗18。負(fù)載22通過(guò)引線24電連接到集總阻抗上和通過(guò)引線32電連接到地30上。這種能量收獲電路適合高效地利用通過(guò)空間接收到的RF能量進(jìn)行工作，如在這里所明確的。電路2可以配置在一個(gè)具有所希望的其他電路組件的集成電路晶片上。所分布和寄生的電阻、電感和電容提供了一個(gè)有效的固態(tài)三維集成電路。寄生電容是由于天線導(dǎo)線接近其他電路元件或可能的導(dǎo)體、半導(dǎo)體、互連或通路導(dǎo)致分布電容或電容效應(yīng)而引起的不可忽視的電容性效應(yīng)和由于器件或電路小片小而引起的相應(yīng)鄰近效應(yīng)。
第二個(gè)或另一個(gè)再生源是由于由負(fù)載22的阻抗與天線電路的等效阻抗18不匹配而產(chǎn)生的駐波反射引起的。
圖1的儲(chǔ)能電路6在一個(gè)設(shè)計(jì)成由分布電感10和分布電容12確定的特定頻率上共振。在理想情況下，儲(chǔ)能電路6在諧振時(shí)呈現(xiàn)為一個(gè)無(wú)限大的阻抗，來(lái)自天線的能量饋給集總阻抗18。分布電阻實(shí)際上使得接收來(lái)自遠(yuǎn)端源的能量的天線由于儲(chǔ)能電路6和天線電阻組合呈現(xiàn)到天線上的電壓(能量)而發(fā)射能量。
圖1的電路具有對(duì)RF媒體呈現(xiàn)為一個(gè)再生“天線”的特性。這使這個(gè)電路提供一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于它的物理面積的天線有效面積，例如可以比物理面積大許多倍。這是通過(guò)將反饋或再生引入固有調(diào)諧天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)再生源例如是非理想的在CMOS芯片的有限空間內(nèi)形成儲(chǔ)能電路的直接結(jié)果。芯片組件相對(duì)緊鄰提供了具有導(dǎo)電元固有電阻的電感10和電容12。導(dǎo)電元是形成圖1的理想天線元4的金屬元。
本發(fā)明考慮了建立再生反饋的各種優(yōu)選措施。其中，就本優(yōu)選途徑來(lái)說(shuō)，是使得在電路2的等效阻抗18與負(fù)載22之間產(chǎn)生受控的阻抗不匹配。由不匹配引起的再生源作為一個(gè)等效電路的元件在圖2中標(biāo)為36。
再來(lái)看圖1，在這個(gè)實(shí)施例中，諧振除了儲(chǔ)能電路6將一定能量饋給天線4之外還將一些能量饋給接到電路2上的負(fù)載22。在電路2的輸出等效電路與負(fù)載22之間可能有阻抗不匹配。這個(gè)不匹配將導(dǎo)致能量向電路2反射，由于儲(chǔ)能電路阻抗在諧振時(shí)很高，因此能量將導(dǎo)致天線4附加發(fā)射。圖1的天線電路2的再生作用使能量由天線電路2重新發(fā)射，從而進(jìn)一步增大了有效面積。無(wú)論是由于儲(chǔ)能電路6兩端的電壓降還是由于從負(fù)載22反射引起的天線4的再生作用將使得在天線4的區(qū)域內(nèi)存在一個(gè)所發(fā)射的近場(chǎng)。這個(gè)近場(chǎng)于是使天線具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于物理面積的有效面積。這個(gè)有效面積例如可以為形成天線和儲(chǔ)能電路6組合的導(dǎo)體的實(shí)際面積的1,000至2,000倍左右。
另一個(gè)途徑可以是分享天線所產(chǎn)生的功率。電路2輸出的功率將具有某個(gè)值P。通過(guò)故意的不匹配，可以使這個(gè)功率的一部分αP反射入電路2。其余的功率(1-α)P62將傳送給負(fù)載22。在理想的匹配條件下，α＝0，P傳送給負(fù)載。雖然就其功能來(lái)說(shuō)沒(méi)有多少意義，但α＝1意味著沒(méi)有功率傳送給負(fù)載?？梢赃x擇一個(gè)0＜α＜1的值通過(guò)使有效面積增大到某個(gè)最佳值使得傳送給負(fù)載22的功率達(dá)到最大。
在經(jīng)典的天線理論中，一個(gè)匹配的負(fù)載只可以得到二分之一的可用功率。在當(dāng)前的環(huán)境中，P為傳送給負(fù)載的功率，為總可用功率的二分之一。
另一個(gè)途徑是通過(guò)電感進(jìn)入天線線圈。
本發(fā)明可以利用導(dǎo)電天線元的固有分布電感和固有分布電容來(lái)實(shí)現(xiàn)所希望的諧振儲(chǔ)能電路(LC)。所希望的頻率是LC乘積的函數(shù)。隨著導(dǎo)體元件減薄，對(duì)于一個(gè)固定的LC值可以希望通過(guò)增大電感來(lái)適應(yīng)減小電容。這可以通過(guò)在天線的導(dǎo)電元之間添加一些附加的導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些附加的元可以是一些單功能導(dǎo)體，也可以是一個(gè)或多個(gè)附加的天線。
來(lái)看圖2，圖中示出了電路2的一個(gè)修改型2′，其中不匹配反射示為一個(gè)再生源36。電路的電接點(diǎn)42、44示為接在引線38和引線40之間。
來(lái)看圖3，圖中示出了RF頻率能量收獲電路的集中線性模型，經(jīng)修改的電路2″具有天線4、儲(chǔ)能電路6，這個(gè)電路與儲(chǔ)能電路6兩端的電壓降有關(guān)。除再生源36之外，還示出了再生源48。源48用來(lái)表示一個(gè)作為非理想的儲(chǔ)能電路的再生源。再生源36、48協(xié)同工作，增大對(duì)有效面積的再生效果。
來(lái)看圖4，圖中示出了一個(gè)經(jīng)修改的能量收獲電路2，其中再生源50、52用輸入(eIN)和參數(shù)α和β分別定量表示再生源36、48，從而以與理想儲(chǔ)能電路和理想匹配源一致的數(shù)學(xué)形式提供非理想的效應(yīng)。阻抗和負(fù)載阻抗點(diǎn)54表示LC儲(chǔ)能電路6上的電壓。符號(hào)eIN表示天線物理面積產(chǎn)生的能量。
圖4中還示出了電阻58，以考慮產(chǎn)生非理想的特性的電阻。有效阻抗18和再生源50右側(cè)是源62和阻抗68，分別表示由負(fù)載看到的沒(méi)有反射的源62和源的等效阻抗68。
在圖4的電路中，兩個(gè)參數(shù)α和β用來(lái)標(biāo)識(shí)天線分別由于以下兩項(xiàng)重發(fā)的能量部分(1)非理想的儲(chǔ)能電路的電阻，β，以及(2)從一個(gè)接到輸出端上的不匹配負(fù)載反射的能量，α。
通常，α和β可以是復(fù)函數(shù)，它們的具體值可以在一組所規(guī)定的狀態(tài)下以經(jīng)驗(yàn)得到。
作為例示，而沒(méi)有任何喪失一般性，由于物理面積而獲得的能量將標(biāo)為電壓eIN，以便用圖4的等效RFEH電路進(jìn)行討論。eIN與功率和能量的關(guān)系簡(jiǎn)單地就是比例關(guān)系。
參數(shù)α表示eIN的由于圖4的非理想儲(chǔ)能電路通過(guò)輻射而損失的部分。從能量守恒來(lái)看，0≤α≤1。
參數(shù)β表示負(fù)載能量的由于圖4的負(fù)載阻抗與輸出阻抗之間的阻抗失配而反射的部分。從守恒來(lái)看，0≤β≤l項(xiàng)“eOUT”是指導(dǎo)致有效面積增大的再生的總能量。
可以看到，在本電路內(nèi)工作的天線不需要用分立的電容進(jìn)行調(diào)諧。圖1-4的L、C和R都是由形成天線4的導(dǎo)體形成的分布參數(shù)元。用天線的形成儲(chǔ)能電路的固有分布電感L和固有分布電容C建立調(diào)諧的諧振電路。這個(gè)調(diào)諧電路是考慮到天線的導(dǎo)電線圈的導(dǎo)電率和導(dǎo)電線圈周?chē)奈镔|(zhì)的電容率設(shè)計(jì)的。其他的導(dǎo)體和電位的影響形成有助于L10、C12和R58的寄生分布參數(shù)元件。
來(lái)看圖5A和5B，在圖5A中以平面圖示出了安裝在一個(gè)底下有一個(gè)接地面74的介質(zhì)基片72上的矩形線圈天線70。螺旋天線70示為呈右旋形，其剖視圖示于圖5B。優(yōu)選的是線圈本身具有一長(zhǎng)度、跡線寬度和跡線厚度，該長(zhǎng)度為射頻(RF)源的波長(zhǎng)的1/4，跡線的寬度比跡線的厚度大許多。此外，基片72具有比它的厚度大許多的表面積，用高介電常數(shù)的材料制成。天線70的調(diào)諧基于分布電感L和分布電容C。天線的頻率通常與電感L和電容C的乘積的平方根成反比。
來(lái)看圖6，圖中示出了天線內(nèi)的分布電容情況，要考慮的是兩種分布電容。第一種是在天線70的導(dǎo)電跡線之間諸如在具有相隔間隙84的部分80與82之間形成的分布電容。另一種是在具有相隔間隙92的諸如線段80、82之類(lèi)的導(dǎo)電極跡線與地平面90之間形成的分布電容?？偡植茧娙菀虼丝梢酝ㄟ^(guò)將電極的導(dǎo)電面積乘以基片72的介電常數(shù)除以如導(dǎo)電電極80、82與基片地90之間的距離92確定。再加上電極70的導(dǎo)電面積乘以基片72的介電常數(shù)除以極間距離84。通常，螺旋天線的導(dǎo)電跡線(諸如80、82)與基片地90之間的寄生電容將大于相隔距離84的導(dǎo)電跡線之間的寄生電容。這使得螺旋天線在設(shè)計(jì)上更為靈活。
例如，如果希望減小天線而仍保持相同的響應(yīng)頻率，就可以減小金屬跡線的寬度。這樣，可以通過(guò)減小導(dǎo)電跡線的尺寸來(lái)減小天線的導(dǎo)電跡線80、82與接地基片90之間的寄生電容。這樣減小的效應(yīng)可以用若干方式中的任何一種方式補(bǔ)償，諸如改變天線螺旋形導(dǎo)電跡線的設(shè)計(jì)、在導(dǎo)電跡線之間淀積較高的介電材料或改變基底材料74的電容率。隨著使跡線相互靠近，諸如80、82之類(lèi)的導(dǎo)體之間的分布電容增大。
從上述可見(jiàn)，本發(fā)明涉及能量收獲和重發(fā)(如果需要的話)的電路和有關(guān)方法。它包括一個(gè)由導(dǎo)體4和使調(diào)諧諧振電路再生的裝置形成的調(diào)諧諧振電路，其中這個(gè)電路具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于物理面積的有效面積。能量通過(guò)空間發(fā)射，空間可以是空氣，起著媒體的作用，產(chǎn)生一個(gè)可以表征為每單位面積瓦特?cái)?shù)或每單位面積焦耳數(shù)的波陣面。用一個(gè)天線，就可以收獲或聚集能量，將它變換成一種對(duì)于各種執(zhí)行諸如檢測(cè)或簡(jiǎn)單地標(biāo)識(shí)在波陣面的空間內(nèi)的物體之類(lèi)的特定功能的電子、機(jī)械或其他器件有用的形式。在聚集和變換能量加以利用時(shí)，更為方便的是考慮在空間內(nèi)可得到的“功率”。如果“能量”在聚集一段時(shí)間后再使用，考慮在空間內(nèi)可得到的能量就更為方便。然而，在這里為了方便起見(jiàn)，這兩個(gè)類(lèi)型都將稱(chēng)為“能量收獲”。
實(shí)例1可以看到，本發(fā)明適合配合可以配置在集成電路芯片上的極小的電路使用。例如，假設(shè)收獲的能量射頻(RF)為915MHz，一個(gè)天線的有效面積通常不小于k×λ2，其中k小于或等于1，也就是一邊上給定的頻率(λ)的一個(gè)波長(zhǎng)。例如，如果天線是一個(gè)典型的半波偶極子，有效面積小于λ2不很多。在915MHz，波長(zhǎng)λ大約為12.908英寸，結(jié)果用于能量收獲的半波偶極子的kλ2在k等于0.13時(shí)將為21.66平方英寸。半波特性意味著有關(guān)天線的大小的事。然而，可有益地使用本發(fā)明的天線的物理尺寸將實(shí)質(zhì)上小于21.66平方英寸。
作為第二個(gè)例子，一個(gè)有效面積為半波偶極子的0.5的四分之一波長(zhǎng)的“鞭狀”天線具有為增益的線性函數(shù)的有效面積，在這種情況下有效面積的k大約為0.065。據(jù)此，有效面積應(yīng)為0.065λ2，即10.83平方英寸。
考慮一個(gè)長(zhǎng)度約為3.073英寸的正方形螺旋天線，其中螺旋線形成在一個(gè)1560微米的正方形內(nèi)，就前景來(lái)看，一個(gè)加工好的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)片可以具有與這正方形螺旋線相同的尺寸。因此，在一個(gè)波長(zhǎng)的正方形內(nèi)可以安裝44,170個(gè)這樣的片。這情況例示于圖7A和7B，其中圖7A示出了邊長(zhǎng)為λ的一個(gè)正方形，而圖7B示出了邊長(zhǎng)為1560微米的單個(gè)正方形芯片。這建立了一個(gè)適當(dāng)設(shè)計(jì)的具有能量收獲能力的天線和收獲與諸如半波偶極子之類(lèi)的傳統(tǒng)天線的相同的能量的芯片的尺寸之間的關(guān)系。邊為一個(gè)波長(zhǎng)的正方形可以選來(lái)作為確定效益的度量基礎(chǔ)，在這里將稱(chēng)為SQE。
實(shí)例2為了提供進(jìn)一步的比較，可以考慮一個(gè)測(cè)試天線，它是在一個(gè)作為測(cè)試天線的CMOS芯片上的平面天線內(nèi)的邊長(zhǎng)為1560微米的正方形。這個(gè)天線設(shè)計(jì)成能提供一個(gè)整個(gè)為915MHz的波長(zhǎng)的四分之一的導(dǎo)電通路。在實(shí)驗(yàn)中所用的這個(gè)測(cè)試天線具有長(zhǎng)度約為3.073英寸的正方形螺旋線，螺旋線形成在一個(gè)邊長(zhǎng)為1560微米的正方形內(nèi)。結(jié)果，導(dǎo)線的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，但是它沒(méi)有呈現(xiàn)為傳統(tǒng)的四分之一波長(zhǎng)的鞭狀天線。1560微米的邊形成的物理天線的邊為0.061417英寸，從而提供的螺旋天線的物理面積為0.00377209平方英寸。
在形成正方形螺旋線中，所用的是一個(gè)導(dǎo)電的鋁線圈，正方形電阻為0.03歐姆。導(dǎo)電線圈作為AMI_ABN_1.5μCMOS工藝的一部分形成在小片上。電極和電極間尺寸為電極跡線13.6微米，電極間距離19.2微米，而基片是p型硅。基片的尺寸為2.2微米平方，厚約為0.3微米。這個(gè)小片焊接到一個(gè)印刷電路板上，再安置在四個(gè)黃銅SMA RF連接器上。由這個(gè)陣列饋電的電路是一個(gè)與一個(gè)類(lèi)似的天線/電路串聯(lián)的分立的電荷泵(倍壓器)，結(jié)果所形成的組合向兩個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管饋電。這個(gè)測(cè)試天線，為了反饋或再生，用作對(duì)控制天線的比較基礎(chǔ)。
“控制天線(control antenna)”選擇成提供一個(gè)等于有效面積的物理面積。結(jié)果，所收獲的能量就只是功率密度與等于物理面積的有效面積的乘積。測(cè)試天線可以認(rèn)為是圖5A所示的天線。外尺寸為1560微米乘1560微米的正方形螺旋線的面積為2,433,600微米平方?；蛘?，也可以將物理面積認(rèn)為在這種情況下是會(huì)產(chǎn)生物理面積為1,063,223微米平方的金屬導(dǎo)體。圖5A所示的這種測(cè)試天線放置在一個(gè)915MHz的RF場(chǎng)內(nèi)，離發(fā)射天線8英尺。發(fā)射機(jī)發(fā)射的功率約為6瓦，天線方向性增益約為6。對(duì)于無(wú)方向性的情況，在8英尺處球面的總表面積為4×3.14×R2＝4×3.14×82＝804.25平方英尺。供電天線的增益在最有利方向約為6，在最有利方向給出的功率密度為[6×6瓦/804.25平方英尺]＝0.0447622瓦/平方英尺。將1560平方微米假設(shè)為物理面積，于是測(cè)試天線的物理面積為0.0000262平方英尺。因此，按照經(jīng)典的定義應(yīng)收獲的能量為0.0447622瓦/平方英尺×0.0000262平方英尺＝1.17277微瓦。尺寸如所列舉的螺旋天線放置在所示RF發(fā)射機(jī)和天線所產(chǎn)生的場(chǎng)內(nèi)。僅僅根據(jù)功率密度和控制天線的物理天線尺寸，即每平方英寸的瓦數(shù)或每基片面積的瓦數(shù)，就由天線的面積截獲的功率預(yù)期為1.17277微瓦。在這種情況下，物理尺寸假設(shè)為正方形螺旋線的總面積。
兩個(gè)這樣的天線在扣除天線到一個(gè)受驅(qū)動(dòng)的有效荷載之間的任何損耗后驅(qū)動(dòng)這個(gè)2.50毫瓦的負(fù)載。傳送給負(fù)載的功率是2.50毫瓦，每個(gè)天線提供1.25毫瓦的功率。結(jié)果，通過(guò)一個(gè)有效面積收獲的功率與物理面積之比為(1.25×10-3瓦)/(1.17255×10-6瓦)＝1,066。因此，天線的有效面積等于0.0000262平方英尺×1,066＝0.0279292平方英尺。這些結(jié)果表明，對(duì)于測(cè)試天線，有效面積為1,066 SQE，實(shí)測(cè)功率為1.25毫瓦，而對(duì)于控制天線，有效面積為1SQE，實(shí)測(cè)功率為1.17255微瓦。因此，測(cè)試天線具有一個(gè)等于1,066個(gè)小片的幾何面積的有效面積，而概念上的控制天線具有一個(gè)相當(dāng)于1.0個(gè)小片的幾何面積的有效面積。這兩個(gè)天線之間的主要差別是在測(cè)試天線中用了固有調(diào)諧電路和向固有調(diào)諧電路提供引起再生的反饋的裝置。
可以看到，可以采用許多方法來(lái)制造本發(fā)明的電路。例如，可以采用半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)，高效地制作包括功能完全的本發(fā)明的再生天線電路的所有所希望的電路的單片組件。芯片例如可以呈現(xiàn)為CMOS器件或MEMS器件。
制造本發(fā)明的收獲電路的另一種方法是通過(guò)印刷諸如天線之類(lèi)的電路的組件。圖8和9示出了一個(gè)有效面積大于它的物理面積的印刷天線。通過(guò)將諸如圖8和9中標(biāo)為110的線圈之類(lèi)的天線設(shè)計(jì)成具有特定的電極和極間尺寸使得在印刷到一個(gè)接地基片上時(shí)可以提供所希望的天線正方形線圈和LC儲(chǔ)能電路，可以實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)?；?12和地114可以是以上所說(shuō)明的類(lèi)型的。非導(dǎo)體的基片112可以是任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，例如樹(shù)脂質(zhì)塑料膜或玻璃之類(lèi)?；?12具有配置在其對(duì)側(cè)的接地面114。供線圈110用的已知的適當(dāng)導(dǎo)電劑中有例如導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂和導(dǎo)電油墨。印刷技術(shù)可以是例如噴墨或絲網(wǎng)印刷之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)印刷。這種印刷天線連同電路一起使用，提供所希望的對(duì)本電路系統(tǒng)的再生。在這里所說(shuō)明的天線和組件以外的其他所希望的電子器件諸如二極管之類(lèi)也可以通過(guò)印刷配置到基片112上，以形成本發(fā)明的一個(gè)印刷的電荷器件。
雖然在這里的說(shuō)明主要集中在能量收獲上，但可以理解，本發(fā)明也可以用于能量發(fā)射。為之收獲能量、進(jìn)行工作的電子電路通常需要通過(guò)媒體與一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備通信。這樣的通信可能需要一個(gè)RF天線。這個(gè)天線將配置在硅片上，從而遭受到同樣的寄生效應(yīng)。然而，這樣一個(gè)發(fā)射天線可以或可以不設(shè)計(jì)成能作為一個(gè)能量收獲天線進(jìn)行工作。
可以看到，本發(fā)明，特別是對(duì)于小型化成在集成電路芯片或小片上使用的，可以廣泛地應(yīng)用于許多方面，諸如蜂窩電話機(jī)、RFID應(yīng)用、電視接收機(jī)、個(gè)人尋呼機(jī)、電子攝象機(jī)、電池充電器、傳感器、醫(yī)學(xué)設(shè)備、電信設(shè)備、軍事裝備、電光學(xué)和交通工具之類(lèi)。
圖10示出了多個(gè)各配置在一個(gè)適當(dāng)?shù)幕系奶炀€，諸如分別具有相應(yīng)的介質(zhì)基片136、138、140和接地面142、144、146的天線130、132、134，用來(lái)提供一個(gè)收獲通過(guò)空間傳送的能量的有效裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，由于再生不僅通過(guò)儲(chǔ)能電路而且還通過(guò)在這個(gè)再生天線組內(nèi)各天線之間的電感150、152，從而相對(duì)幾何或者物理面積增大了天線有效面積。接近空間內(nèi)的天線130、132、134的能量場(chǎng)標(biāo)為160、162、164，可以是915兆赫的RF場(chǎng)。每個(gè)天線收獲能量，在每個(gè)天線內(nèi)產(chǎn)生電流。這電流又產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，可以通過(guò)對(duì)再生天線組的相鄰天線的感應(yīng)使電流增大。這樣增大電流導(dǎo)致增大天線場(chǎng)的交互作用，因此從比單獨(dú)使用各個(gè)天線還大的入射場(chǎng)的有效面積吸收能量。
因此，可以看到，本發(fā)明提供了一種用于收獲能量和發(fā)射能量的電路的高效電路及其所關(guān)聯(lián)的方法，這種電路包括一個(gè)調(diào)諧諧振電路和使調(diào)諧諧振電路再生的固有裝置，這種電路具有一個(gè)比它的物理面積大的有效面積?？扇〉氖钦{(diào)諧諧振電路由形成一個(gè)儲(chǔ)能電路的固有分布電感和固有分布電容形成。調(diào)諧電路結(jié)構(gòu)成提供所希望的再生反饋，從而產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于物理面積的有效面積。與有些現(xiàn)有技術(shù)不同，不需要用分立的電感或分立的電容來(lái)作為調(diào)諧電路元件。此外，可以用多個(gè)電路相互配合，諸如圖10所示的層疊實(shí)施例的情況。
雖然在這里是以一些具體的實(shí)施例為例進(jìn)行說(shuō)明的，但對(duì)于熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)在不背離如在所附權(quán)利要求書(shū)中所給出的本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和專(zhuān)利保護(hù)范圍的情況下在具體細(xì)節(jié)上可以作出種種變動(dòng)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種能量收獲電路，所述能量收獲電路包括一個(gè)固有調(diào)諧天線；以及所述固有調(diào)諧天線的至少一些部分，被結(jié)構(gòu)成用固有分布電感和固有分布電容形成一個(gè)儲(chǔ)能電路，向所述天線提供再生反饋，從而使所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于它的物理面積的有效面積。
2.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路結(jié)構(gòu)成通過(guò)包括下列各項(xiàng)的組中的至少一項(xiàng)產(chǎn)生所述再生反饋(a)阻抗不匹配，(b)展示所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率，(c)電感，以及(d)由于所述阻抗不匹配而引起的反射。
3.如權(quán)利要求2的能量收獲電路，其中所述電路不需要分立的電容器。
4.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述天線是一個(gè)具有預(yù)定寬度、高度和導(dǎo)電率的導(dǎo)電線圈。
5.如權(quán)利要求4的能量收獲電路，包括與所述導(dǎo)電線圈鄰接設(shè)置的具有預(yù)定電容率的材料。
6.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成通過(guò)阻抗不匹配提供所述再生反饋。
7.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成通過(guò)分享所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率提供所述再生反饋。
8.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成通過(guò)電感提供所述再生反饋。
9.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路是一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的電路。
10.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路形成在一個(gè)集成電路芯片上。
11.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)為所述天線的物理面積的1000至2000倍左右的有效面積。
12.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述儲(chǔ)能電路被結(jié)構(gòu)成使所述固有調(diào)諧天線再生。
13.如權(quán)利要求4的能量收獲電路，包括所述導(dǎo)電線圈是一個(gè)平面天線，一個(gè)基片，在其一個(gè)表面上形成所述導(dǎo)電線圈，在一個(gè)相對(duì)表面上形成接地面；以及所述天線具有形成一個(gè)儲(chǔ)能電路的固有分布電感和固有分布電容以及固有分布電阻，被結(jié)構(gòu)成使所述天線再生。
14.如權(quán)利要求13的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈與所述接地面之間提供所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
15.如權(quán)利要求13的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈各段之間提供所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
16.如權(quán)利要求13的能量收獲電路，包括所述電路被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈與所述接地基片之間提供所述固有分布電容的一部分，和在所述導(dǎo)電線圈各段之間所述固有分布電容的一部分。
17.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成接收RF能量。
18.如權(quán)利要求1的能量收獲電路，其中所述電路具有用于所述反饋的固有分布電阻。
19.如權(quán)利要求6的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成提供由于所述阻抗不匹配引起駐波反射而引起的反饋。
20.一種能量收獲電路，包括多個(gè)固有調(diào)諧天線，每個(gè)所述天線具有一些被結(jié)構(gòu)成為所述天線提供再生反饋的部分，每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)用固有分布電感和固有分布電容形成一個(gè)儲(chǔ)能電路的電路，使得所述這些固有調(diào)諧天線各具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于各自的物理面積的有效面積。
21.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成通過(guò)包括下列各項(xiàng)的組中的至少一項(xiàng)產(chǎn)生所述再生反饋(a)阻抗不匹配，(b)分享所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率，(c)電感，以及(d)由于所述阻抗不匹配而引起的反射。
22.如權(quán)利要求21的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)不需要分立的電容器的電路。
23.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)具有預(yù)定寬度、高度和導(dǎo)電率的導(dǎo)電線圈。
24.如權(quán)利要求23的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有與所述導(dǎo)電線圈鄰接配置的具有預(yù)定電容率的材料。
25.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)被結(jié)構(gòu)成通過(guò)阻抗不匹配提供所述再生反饋的電路。
26.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)被結(jié)構(gòu)成通過(guò)分享所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率提供所述再生反饋的電路。
27.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)被結(jié)構(gòu)成通過(guò)電感提供所述再生反饋的電路。
28.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)是一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的電路的電路。
29.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)在一個(gè)集成電路芯片上形成的電路。
30.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有固有調(diào)諧天線，具有一個(gè)為所述天線的物理面積的1000至2000倍左右的有效面積。
31.如權(quán)利要求21的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)儲(chǔ)能電路和一個(gè)固有電阻，被結(jié)構(gòu)成使所述固有調(diào)諧天線再生。
32.如權(quán)利要求23的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)是一個(gè)平面天線的導(dǎo)電線圈，一個(gè)基片，其中一個(gè)表面上形成有所述導(dǎo)電線圈，在一個(gè)相對(duì)表面上形成有接地面；以及所述天線具有形成一個(gè)儲(chǔ)能電路的固有分布電感和固有分布電容以及固有分布電阻，被結(jié)構(gòu)成使所述天線再生。
33.如權(quán)利要求32的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)電路，被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈與所述接地面之間提供所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
34.如權(quán)利要求32的能量收獲電路，其中每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)電路，被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈的各段之間提供所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
35.如權(quán)利要求32的能量收獲電路，包括每個(gè)所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)電路，被結(jié)構(gòu)成在所述導(dǎo)電線圈與所述接地基片之間提供所述固有分布電容的一部分，和在所述導(dǎo)電線圈各段之間所述固有分布電容的一部分。
36.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成接收RF能量。
37.如權(quán)利要求20的能量收獲電路，其中所述電路具有用于所述反饋的固有分布電阻。
38.如權(quán)利要求25的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成提供由于所述阻抗不匹配引起駐波反射而引起的反饋。
39.如權(quán)利要求18的能量收獲電路，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成利用寄生電容。
40.一種能量收獲方法，所述方法包括提供一個(gè)固有調(diào)諧天線；提供所述天線的被結(jié)構(gòu)成為所述天線提供再生反饋的至少一部分，使得所述固有調(diào)諧天線具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于它的物理面積的有效面積；在所述電路內(nèi)用固有分布電感和固有分布電容形成一個(gè)儲(chǔ)能電路；通過(guò)空間將能量傳送給所述固有調(diào)諧天線；以及將所述固有調(diào)諧天線的輸出能量的一部分作為再生反饋提供給所述固有調(diào)諧天線，從而在所述天線內(nèi)形成實(shí)質(zhì)上大于所述物理面積的所述有效面積。
41.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，其中所述電路被結(jié)構(gòu)成通過(guò)包括下列各項(xiàng)的組中的至少一項(xiàng)產(chǎn)生所述再生反饋(a)阻抗不匹配，(b)分享所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率，(c)電感，以及(d)由于所述阻抗不匹配而引起的反射。
42.如權(quán)利要求41的能量恢復(fù)方法，包括使用一個(gè)不需要分立的電容器的所述電路。
43.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括在所述天線中使用一個(gè)具有預(yù)定寬度、高度和導(dǎo)電率的導(dǎo)電線圈。
44.如權(quán)利要求43的能量恢復(fù)方法，包括用具有預(yù)定電容率的材料與所述導(dǎo)電線圈鄰近配置。
45.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括用所述電路內(nèi)的阻抗不匹配實(shí)現(xiàn)所述再生反饋。
46.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括用分享所述固有調(diào)諧天線產(chǎn)生的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)所述再生反饋。
47.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括用所述電路內(nèi)的電感實(shí)現(xiàn)所述再生反饋。
48.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括用一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的電路作為所述電路。
49.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括用一個(gè)在一個(gè)集成電路芯片上形成的電路作為所述電路。
50.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括形成具有為所述天線的物理面積的1000至2000倍左右的天線有效面積的所述電路。
51.如權(quán)利要求41的能量恢復(fù)方法，包括用所述儲(chǔ)能電路和所述固有電阻再生所述天線。
52.如權(quán)利要求43的能量恢復(fù)方法，包括利用一個(gè)平面天線作為所述導(dǎo)電線圈；利用一個(gè)基片，在第一表面上具有所述導(dǎo)電線圈，而在一個(gè)相對(duì)的表面上具有一個(gè)接地面；以及利用一個(gè)具有形成一個(gè)儲(chǔ)能電路的固有分布電感和固有分布電容以及固有分布電阻的電路作為所述天線，以再生所述天線。
53.如權(quán)利要求52的能量恢復(fù)方法，包括利用在所述導(dǎo)電線圈與所述接地基片之間的所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
54.如權(quán)利要求52的能量恢復(fù)方法，包括利用在所述導(dǎo)電線圈各段之間的所述固有分布電容的至少一個(gè)主要部分。
55.如權(quán)利要求52的能量恢復(fù)方法，包括利用在所述導(dǎo)電線圈與所述接地基片之間的所述固有分布電容的一部分和在所述導(dǎo)電線圈的各段之間的所述固有分布電容的一部分。
56.如權(quán)利要求40的能量恢復(fù)方法，包括具有固有分布電阻的所述電路用于所述反饋。
57.如權(quán)利要求45的能量恢復(fù)方法，包括所述電路被結(jié)構(gòu)成提供由于所述阻抗不匹配引起駐波反射而引起的反饋。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有一個(gè)收獲在空間發(fā)射的能量的固有調(diào)諧天線，這種固有調(diào)諧天線包括被結(jié)構(gòu)成為天線提供再生反饋的部分，以使固有調(diào)諧天線具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上大于它的物理面積的有效面積。這種固有調(diào)諧天線包括固有分布電感、固有分布電容和固有分布電阻這些部分，使天線在所接收的處于一個(gè)特定頻率的能量激勵(lì)下發(fā)生共振，提供使天線再生的反饋。這個(gè)電路可以配置在一個(gè)集成電路芯片上。本發(fā)明還提供了一種所關(guān)聯(lián)的方法。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK1689190SQ03823847
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者馬林·H·邁克爾, 克里斯托弗·C·卡佩利, 哈羅爾德·斯維夫特 申請(qǐng)人:匹茲堡大學(xué)高等教育聯(lián)邦體系