本發(fā)明屬于射頻能量收集領(lǐng)域，具體為一種基于WISP的三頻段（無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WIFI、ISM頻段）的射頻能量收集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線識(shí)別和感知平臺(tái)（WISP）是一個(gè)集感知、通信與獲取能量于一體的無源設(shè)備，利用反向散射通信技術(shù)獲取閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)中的能量，來進(jìn)行自身的感知與通信，是一個(gè)可編程的無電池的傳感和計(jì)算平臺(tái)，使用16位超低功耗單片機(jī)來處理傳感器傳來的數(shù)據(jù)。WISP自身有溫度、加速度、光照傳感器，WISP在每次查詢過程中可以傳遞64比特的信息，它就像傳統(tǒng)的超高頻無源標(biāo)簽，可以利用閱讀器來提供自己所需要的所有能量。WISP的結(jié)構(gòu)幾乎可以兼容任何低功耗的傳感器，它作為超高頻被動(dòng)標(biāo)簽的一部分被集成在標(biāo)簽上。

近幾年，能源問題首先導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成本大幅度增長(zhǎng)。基于電池的工作方式又導(dǎo)致了節(jié)點(diǎn)非常有限的工作壽命。由于基數(shù)大，對(duì)電源的管理與維護(hù)帶來的開銷讓人難以接受。事實(shí)上，許多生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等都面臨一個(gè)共同的問題，那就是難以維持長(zhǎng)時(shí)間的維持運(yùn)行，直接導(dǎo)致了這類解決思路的可擴(kuò)展性和實(shí)用性的大幅下降。而WISP是可以收集周圍環(huán)境中的能量的，但是現(xiàn)有的WISP電路設(shè)計(jì)只是可以收集915MHz的能量，必須有專用的閱讀器來提供，對(duì)于戶外的各種活動(dòng)都有很多的限制，所以本專利就設(shè)計(jì)了基于WISP的三種頻帶的能量收集系統(tǒng)來解決此問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種并行的三頻段射頻能量收集系統(tǒng)，三頻段包括WIFI(2.45GHz)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻段（915MHz）和ISM(5.8GHz），本發(fā)明將匹配網(wǎng)絡(luò)與整流電路結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了三種頻率的同時(shí)收集，實(shí)現(xiàn)了能量的最大化利用。

本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于WISP的三頻段的射頻能量收集系統(tǒng)，包括天線模塊和阻抗匹配整流電路，天線模塊包括三個(gè)C型天線，其中兩C型天線的開口相對(duì)，另一C型天線設(shè)置在兩C型天線之間且開口朝上，阻抗匹配整流電路包括第一電感L1和第一電容C1組成的升壓電路，第二電感L2和第二電容C2、第三電感L3和第三電容C3、第四電感L4和第四電容C4組成的匹配電路，第一電感L1和第一電容C1連接形成升壓電路，第一電感L1和第一電容C1的端部分別作為升壓電路的兩端，天線模塊中三個(gè)C型天線的輸出端首尾相連后連接在升壓電路的兩端，第一電感L1和第一電容C1之間的連接點(diǎn)分別和第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第九電容C9的一端連接，第六電容C6的另一端和第一個(gè)二極管D1的陰極連接，第一個(gè)二極管D1的陽極和第一電容C1的端部連接，第六電容C6的另一端還和第二個(gè)二極管D2的陽極連接，第二個(gè)二極管D2的陰極和第二電感L2的一端連接，第二電感L2的另一端通過第二電容C2與第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第七電容C7的另一端和第七個(gè)二極管D7的陰極連接，第七個(gè)二極管D7的陽極和第二個(gè)二極管D2的陰極連接，第七電容C7的另一端還和第八個(gè)二極管D8的陽極連接，第八個(gè)二極管D8的陰極通過第五電容C5和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第八電容C8的另一端和第三個(gè)二極管D3的陰極連接，第三個(gè)二極管D3的陽極和第八個(gè)二極管D8的陰極連接，第八電容C8的另一端還和第四個(gè)二極管D4的陽極連接，第四個(gè)二極管D4的陰極和第三電感L3的一端連接，第三電感L3的另一端通過第三電容C3和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第九電容C9的另一端和第五個(gè)二極管D5的陰極連接，第五個(gè)二極管D5的陽極和第四個(gè)二極管D4的陰極連接，第九電容C9的另一端還和第六個(gè)二極管D6的陽極連接，第六個(gè)二極管D6的陰極和第四電感L4的一端連接，第四電感L4的另一端通過第四電容C4和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第四電感L4和第四電容C4的連接點(diǎn)與第一個(gè)二極管D1的陽極作為系統(tǒng)的輸出端。

此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一種或者多種頻段能量的同時(shí)收集，克服了傳統(tǒng)WISP設(shè)計(jì)電路只能收集一種頻段能量的問題?？梢愿鶕?jù)所處環(huán)境中信號(hào)的強(qiáng)弱來進(jìn)行能量的收集，三個(gè)匹配支路是并聯(lián)的關(guān)系，所以可以保證節(jié)點(diǎn)工作的連續(xù)性與有效性。

附圖說明

圖1為天線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于WISP的三頻段的射頻能量收集系統(tǒng)，包括天線模塊和阻抗匹配整流電路，天線模塊包括三個(gè)C型天線，其中兩C型天線的開口相對(duì)，另一C型天線設(shè)置在兩C型天線之間且開口朝上，阻抗匹配整流電路包括第一電感L1和第一電容C1組成的升壓電路，第二電感L2和第二電容C2、第三電感L3和第三電容C3、第四電感L4和第四電容C4組成的匹配電路，第一電感L1和第一電容C1連接形成升壓電路，第一電感L1和第一電容C1的端部分別作為升壓電路的兩端，天線模塊中三個(gè)C型天線的輸出端首尾相連后連接在升壓電路的兩端，第一電感L1和第一電容C1之間的連接點(diǎn)分別和第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第九電容C9的一端連接，第六電容C6的另一端和第一個(gè)二極管D1的陰極連接，第一個(gè)二極管D1的陽極和第一電容C1的一端連接，第六電容C6的另一端還和第二個(gè)二極管D2的陽極連接，第二個(gè)二極管D2的陰極和第二電感L2的一端連接，第二電感L2的另一端通過第二電容C2與第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第七電容C7的另一端和第七個(gè)二極管D7的陰極連接，第七個(gè)二極管D7的陽極和第二個(gè)二極管D2的陰極連接，第七電容C7的另一端還和第八個(gè)二極管D8的陽極連接，第八個(gè)二極管D8的陰極通過第五電容C5和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第八電容C8的另一端和第三個(gè)二極管D3的陰極連接，第三個(gè)二極管D3的陽極和第八個(gè)二極管D8的陰極連接，第八電容C8的另一端還和第四個(gè)二極管D4的陽極連接，第四個(gè)二極管D4的陰極和第三電感L3的一端連接，第三電感L3的另一端通過第三電容C3和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第九電容C9的另一端和第五個(gè)二極管D5的陰極連接，第五個(gè)二極管D5的陽極和第四個(gè)二極管D4的陰極連接，第九電容C9的另一端還和第六個(gè)二極管D6的陽極連接，第六個(gè)二極管D6的陰極和第四電感L4的一端連接，第四電感L4的另一端通過第四電容C4和第一個(gè)二極管D1的陽極連接，第四電感L4和第四電容C4的連接點(diǎn)與第一個(gè)二極管D1的陽極作為系統(tǒng)的輸出端。

本發(fā)明為了很好的收集三個(gè)頻段的能量，設(shè)計(jì)了三個(gè)C型天線組合成一個(gè)大C的天線，實(shí)現(xiàn)了很好的收集，天線結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在WISP硬件電路中，射頻能量收集電路的目的是收集盡可能多的能量以及使交流功率轉(zhuǎn)化為直流功率的效率達(dá)到最大。阻抗匹配的主要作用就是獲得盡可能多的能量。本申請(qǐng)?zhí)岢隽酸槍?duì)三種不同頻率的匹配網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)的核心是使電路的諧振頻率與輸入頻率一致，L型匹配網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率表達(dá)式如下： QUOTE。

本專利的設(shè)計(jì)是為了收集三種不同頻率的能量，所以需要針對(duì)每種不同的頻率進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，根據(jù)上述公式來進(jìn)行電感與電容的選擇，具體的參數(shù)選擇在表一。

表一

本發(fā)明最大的特點(diǎn)就是可以不會(huì)僅限于對(duì)于一種頻率的收集，而是可以自適應(yīng)的進(jìn)行能量的收集，可以根據(jù)所處環(huán)境的不同，收集一種或者多種頻率的能量。

此阻抗匹配整流電路為一個(gè)四級(jí)整流電路，是一個(gè)靈敏度高,而且可以并行的收集三種頻率的電路，所用的二極管均采用HSMS285C型號(hào)的二極管。L1，C1組成了一個(gè)簡(jiǎn)單升壓電路，L2、L3、L4分別與C2 、C3 、C4是所需要收集三個(gè)頻段的匹配電路。L2連接在第一階，收集915MHZ頻段的能量，L3連接在第三階，收集2.4GHz頻段的能量，L4連接在第四階，收集5.8GHz頻段的能量。當(dāng)L2,L3,L4其中任意一個(gè)短路，都可以保證其他兩路可以收集到能量，是此電路最大的優(yōu)點(diǎn)。L1=3nH，C1=0.2 pF，C2 、C3 、C4與L2、L3、L4的參數(shù)選擇如表一中所示。本系統(tǒng)很好的解決了WISP中能量收集的問題，可以很好的利用環(huán)境中的能量來應(yīng)用于生活中，解決一些實(shí)際問題，其整流效率高達(dá)85%。