一种无线能量吸收系统的制作方法

本实用新型实施例涉及通信技术，尤其涉及一种无线能量吸收系统。

背景技术：

在生产生活的各个领域，各种功能的设备都在应用中执行各自的功能，很多设备工作时都需要有电源供电，如采用电池供电的方式。

目前，现有的很多小型或者微型设备，特别是便携或者远程电气设备，都是电池供电，但电池需要充电或者定期更换，很多设备在具体应用场景上无法或者不容易通过充电方式或者人工更换方式进行更换电池。而采用太阳能、热能或者机械振动方式来给予能量的补充方案，此类方法有其可行之处，但对于很多微型设备，在体积受限或者地域受限的地方，此类方法无法正常使用。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种无线能量吸收系统，通过数字处理模块对天线阵列和能量匹配模块的智能控制，使能量传输最大化，实现射频能量吸收的智能化和高效化。

本实用新型实施例提供了一种无线能量吸收系统，包括：

天线阵列，覆盖至少一个频段，用于对空间中的射频能量进行耦合，并输出耦合能量；

能量匹配模块，与天线阵列电连接，用于对耦合能量进行阻抗匹配；

电源转换模块，与能量匹配模块电连接，用于接收耦合能量，并对耦合能量进行转换得到稳定的电能；

能量存储模块，与电源转换模块电连接，用于接收电能，对电能进行存储；

数字处理模块，分别与天线阵列和能量匹配模块电连接，用于调节天线阵列接收射频能量的频段以及能量匹配模块的匹配阻抗。

可选的，能量匹配模块包括可变电容匹配单元和能量检测单元，可变电容匹配单元和能量检测单元分别与数字处理模块电连接；

能量检测单元用于检测耦合能量的大小；数字处理模块具体用于：根据耦合能量的大小，调节可变电容匹配单元的电容量以及天线阵列接收射频能量的频段，以使耦合能量最大化。

可选的，可变电容匹配单元包括多个开关电容器，或至少一个压控可变电容器，或开关电容器和压控可变电容器的组合，开关电容器和/或压控可变电容器与数字处理模块电连接。

可选的，数字处理模块还与电源转换模块电连接，用于根据耦合能量的大小，控制电源转换模块对耦合能量进行整流和/或变压。

可选的，电源转换模块包括cmos、整流二极管、升降压开关电源电路和电荷泵中的至少一种。

可选的，电源转换模块包括整流二极管、升降压开关电源电路和旁路开关；

整流二极管的输入端与能量匹配电路的输出端电连接，整流二极管的输出端与旁路开关的第一端以及升降压开关电源电路的输入端电连接，旁路开关的第二端以及升降压开关电源电路的输出端与能量存储模块的输入端电连接，升降压开关电源电路的控制端以及旁路开关的控制端与数字处理模块电连接。

可选的，数字处理模块还与能量存储模块电连接，用于调节能量存储模块的电能存储量。

可选的，能量存储模块包括多个并联的开关存储单元，各开关存储单元均与数字处理模块电连接。

可选的，能量存储模块的输出端与数字处理模块电连接，用于为数字处理模块供电。

可选的，天线阵列覆盖sub-6ghz主流频段，sub-6ghz主流频段至少包括0.7ghz、0.9ghz、1.8ghz、2.1ghz、2.6ghz、3.6ghz和4.8ghz。

本实用新型实施例提供的无线能量吸收系统，包括天线阵列、能量匹配模块、电源转换模块和数字处理模块，天线阵列覆盖至少一个频段，对空间中的射频能量进行耦合，并输出耦合能量，能量匹配模块与天线阵列电连接，对耦合能量进行阻抗匹配，电源转换模块与能量匹配模块电连接，接收耦合能量，并对耦合能量进行转换得到稳定的电能，能量存储模块与电源转换模块电连接，接收电能并对电能进行存储，数字处理模块分别与天线阵列和能量匹配模块电连接，调节天线阵列接收射频能量的频段以及能量匹配模块的匹配阻抗。本实用新型实施例提供的无线能量吸收系统，通过数字处理模块对天线阵列和能量匹配模块的智能控制，调节天线阵列的频段和能量匹配模块的电容量，使能量传输最大化，实现射频能量吸收的智能化和高效化。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种无线能量吸收系统的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

基于现有的微型设备在具体应用场景上无法或者不容易通过充电方式或者人工更换方式进行更换电池，而采用太阳能、热能或者机械振动方式来给予能量，在设备体积受限或者地域受限的地方无法正常使用，本实施例提供了一种无线能量吸收系统，可将射频能量转换成电能，适用于为小型或微型器件(如微型传感器)供电。示例性地，参考图1，图1是本实用新型实施例提供的一种无线能量吸收系统的结构框图，该无线能量吸收系统包括：天线阵列10、能量匹配模块20、电源转换模块30、能量存储模块40和数字处理模块50；

天线阵列10覆盖至少一个频段，用于对空间中的射频能量进行耦合，并输出耦合能量；

能量匹配模块20与天线阵列10电连接，用于对耦合能量进行阻抗匹配；

电源转换模块30与能量匹配模块20电连接，用于接收耦合能量，并对耦合能量进行转换得到稳定的电能；

能量存储模块40与电源转换模块30电连接，用于接收电能，对电能进行存储；

数字处理模块50分别与天线阵列10和能量匹配模块20电连接，用于调节天线阵列10接收射频能量的频段以及能量匹配模块20的匹配阻抗。

具体的，天线阵列10对空间中的射频能量进行耦合，并输出耦合能量至能量匹配模块20，能量匹配模块20接收耦合能量并对耦合能量进行阻抗匹配，数字处理模块50根据耦合能量的大小调节能量匹配模块20的匹配阻抗，并且调节天线阵列10接收射频能量的频段，实现对耦合能量的阻抗匹配，以使传输的耦合能量最大化。示例性的，数字处理模块50调节能量匹配模块20至一匹配阻抗，在该匹配阻抗下，数字处理模块50对调节天线阵列10的各频段进行逐一调节，当某一频段下的耦合能量的大小达到或超过预期设定值时，固定能量匹配模块20的匹配阻抗以及天线阵列10接收射频能量的频段(固定至上述某一频段)，此时，便可实现能量匹配模块20对耦合能量的阻抗匹配，使得耦合能量的传输达到最大化。当数字处理模块50调节能量匹配模块20至一匹配阻抗，在该匹配阻抗下，若调节天线阵列10接收射频能量的频段至其任意覆盖的频段，耦合能量的大小均低于预期设定值，则数字处理模块50调节能量匹配模块20至另一匹配阻抗，再对调节天线阵列10的各频段进行逐一调节，以此通过调节能量匹配模块20的匹配阻抗以及天线阵列10接收射频能量的频段，直到耦合能量的大小达到预期设定值，使耦合能量的传输达到最大化。继而电源转换模块30接收阻抗匹配后的耦合能量，对阻抗匹配后的耦合能量进行转换得到稳定的电能，并将电能输出至能量存储模块40，能量存储模块40接收电能，对电能进行存储。

本实施例提供的无线能量吸收系统，包括天线阵列、能量匹配模块、电源转换模块和数字处理模块，天线阵列覆盖至少一个频段，对空间中的射频能量进行耦合，并输出耦合能量，能量匹配模块与天线阵列电连接，对耦合能量进行阻抗匹配，电源转换模块与能量匹配模块电连接，接收耦合能量，并对耦合能量进行转换得到稳定的电能，能量存储模块与电源转换模块电连接，接收电能并对电能进行存储，数字处理模块分别与天线阵列和能量匹配模块电连接，调节天线阵列接收射频能量的频段以及能量匹配模块的匹配阻抗。本实施例提供的无线能量吸收系统，通过数字处理模块对天线阵列和能量匹配模块的智能控制，调节天线阵列的频段和能量匹配模块的电容量，使能量传输最大化，实现射频能量吸收的智能化和高效化。

上述实施例中，数字处理模块50可以是mcu、dsp或数字fpga等微型存储控制单元。

图2是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图2，能量匹配模块20包括可变电容匹配单元21和能量检测单元22，可变电容匹配单元21和能量检测单元22分别与数字处理模块50电连接；

能量检测单元22用于检测耦合能量的大小；数字处理模块50具体用于：根据耦合能量的大小，调节可变电容匹配单元21的电容量以及天线阵列10接收射频能量的频段，以使耦合能量最大化。

可选的，可变电容匹配单元21包括多个开关电容器，或至少一个压控可变电容器，或开关电容器和压控可变电容器的组合，开关电容器和/或压控可变电容器与数字处理模块50电连接。

示例性地，可变电容匹配单元21中的开关电容器或压控可变电容器均可包括多个电容，数字处理模块50根据能量检测单元22检测到的耦合能量的大小，可控制开关电容器或压控可变电容器中的电容所在线路的通电和断电状态，即控制在工作状态的电容数量，以此调节可变电容匹配单元21的电容量。如对开关电容器，数字处理模块50可通过控制开关电容器中每个电容所在线路开关的通断状态，控制电容所在线路的通断电状态以此调节开关电容器的电容量，并控制天线阵列10接收射频能量的频段，以使耦合能量最大化。

可选的，可变电容匹配单元21包括电感l、电容c1和电容c2。

示例性地，可变电容匹配单元21可以是固定电容器组成的可变电容单元，也可以是由电压控制的可变电容器组成的开关电容匹配电路单元，图2中示例了两路并联的电容，电容c1和电容c2可以是开关电容或压控电容，可变电容匹配单元21可包括多路并联的开关电容或多路并联的压控电容，图2仅是一种示例说明，电容类型的选择以及具体需要几路并联的电容根据实际情况确定，在此不做限定。

可选的，数字处理模块50还与电源转换模块30电连接，用于根据耦合能量的大小，控制电源转换模块30对耦合能量进行整流和/或变压。

示例性地，数字处理模块50可根据耦合能量的大小，控制电源转换模块30对耦合能量进行整流和/或变压，使电源转换模块30输出稳定的电压和电流至能量存储模块40，并使电源转换模块30对耦合能量的转换效率最大化。

可选的，电源转换模块30包括cmos、整流二极管、升降压开关电源电路和电荷泵中的至少一种。

示例性地，整流二极管、升降压开关电源电路和电荷泵均可采用gan材料，如整流二极管可为gan二极管，电源转换模块30可以多种形式进行工作，如采用单一的gan二极管作为整形电路，从而将耦合能量整形后传递到能量存储单元；或采用升降压开关电源电路与gan二极管，将整形后的电压电流转换为固定输出的恒定电压和恒定电流；又或采用电荷泵，作为能量转换模块进行能量转换。

图3是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图3，电源转换模块30包括电荷泵34，电荷泵34主要特点可以通过开关控制使得流入的能量在电压上可以控制其倍增关系，通过数字处理模块50控制电荷泵34内部电容配比的不同实现高压的转换能力，这样通过电荷泵34实现高压充电转换，一般电荷泵34能量转换效率比较高，因此可以实现高效转换目的。电源转换模块30还可以是各种电路的多种组合，构成能量转换电路，使得电源转换模块30在数字处理模块50的控制下实现效率转换最大化。

图4是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图4，电源转换模块30包括整流二极管31和升降压开关电源电路32；

其中，整流二极管31的输入端a1与能量匹配电路20的输出端a2电连接，整流二极管31的输出端b1与升降压开关电源电路32的输入端b3电连接，旁路开关33的第二端g1以及升降压开关电源电路32的输出端g2与能量存储模块40的输入端g3电连接，升降压开关电源电路32的控制端d1与数字处理模块50电连接。

示例性地，整流二极管31可为gan二极管，升降压开关电源电路32可为gan升降压开关电源电路，能量匹配电路20通过输出端a2输出的耦合能量的电压和电流经过整流二极管31整流后输出至升降压开关电源电路32，数字处理模块50将升压或降压的控制信号输出至升降压开关电源电路32，由升降压开关电源电路32对整流二极管31输出的电压进行升压或降压处理得到恒定的电压，并通过输出端g2将恒定的电压输出至能量存储模块40。通过数字处理模块50调节控制信号，调整升降压开关电源电路32得到的恒定电压的大小，使得电源转换模块30在数字处理模块50的控制下实现效率转换最大化。

图5是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图5，电源转换模块30包括整流二极管31、升降压开关电源电路32和旁路开关33；

整流二极管31的输入端a1与能量匹配电路20的输出端a2电连接，整流二极管31的输出端b1与旁路开关33的第一端b2以及升降压开关电源电路32的输入端b3电连接，旁路开关33的第二端g1以及升降压开关电源电路32的输出端g2与能量存储模块40的输入端g3电连接，升降压开关电源电路32的控制端d1以及旁路开关33的控制端d2与数字处理模块50电连接。

示例性地，整流二极管31可为gan二极管，升降压开关电源电路32可为gan升降压开关电源电路，数字处理模块50可控制旁路开关33的闭合和断开，当控制旁路开关33断开时，能量匹配电路20通过输出端a2输出的耦合能量的电压和电流经过整流二极管31整流后输出至升降压开关电源电路32，数字处理模块50将升压或降压的控制信号输出至升降压开关电源电路32，由升降压开关电源电路32对整流二极管31输出的电压进行升压或降压处理得到恒定的电压，并通过输出端g2将恒定的电压输出至能量存储模块40；当控制旁路开关33闭合时，能量匹配电路20通过输出端a2输出的耦合能量的电压和电流经过整流二极管31整流后，直接通过旁路开关33输出至能量存储模块40。通过数字处理模块50控制旁路开关33的闭合或断开，使得两条射频能量通道可以进行选通，整个系统存在一个联动，由数字处理模块50进行实时控制，通过控制旁路开关33的闭合或断开达到最终选择目的。

图6是本实用新型实施例提供的另一种无线能量吸收系统的结构框图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图6，数字处理模块50还与能量存储模块40电连接，用于调节能量存储模块40的电能存储量。

其中，数字处理模块50的第一输出端e1可与能量存储模块40的控制端e2电连接，控制并调节能量存储模块40的电能存储量。

可选的，能量存储模块40包括多个并联的开关存储单元，各开关存储单元均与数字处理模块50电连接。

示例性地，开关存储单元可以是开关电容或压控电容，即能量存储模块40可包括多个并联的开关电容或压控电容，各开关存储单元均与数字处理模块50电连接，可通过数字处理模块50调节能量存储模块40的电能存储量，使能量存储模块40的电能存储量最大化。并且多个并联的开关存储单元可以灵活配置，可以避免其中某个支路的电容存在损坏时，其它的电容依然可以正常工作，这样在偏远地区，可以防止单个部件的损坏导致整个系统的瘫痪。

可选的，能量存储模块40的输出端f1与数字处理模块50的电源端f2电连接，用于为数字处理模块50供电。

具体地，数字处理模块50在工作时需要外部供电，能量存储模块40存储有能量，可以作为数字处理模块50的供电模块为其提供电能，不需额外的供电设备为数字处理模块50供电，节省资源且便于实现。

可选的，天线阵列10覆盖sub-6ghz主流频段，sub-6ghz主流频段至少包括0.7ghz、0.9ghz、1.8ghz、2.1ghz、2.6ghz、3.6ghz和4.8ghz。

示例性地，天线阵列10包括并不少于1组电线，其中各频段的天线选择由数字处理模块50进行控制，与能量匹配模块20配合对空间的射频能量进行匹配选择，实现能量传输最大化。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。