由于无线通信的普及，环境RF能量的可用性为许多低功率设计提供了越来越有吸引力的电源。RF能量收集为许多应用提供了显著的优势，但它需要密切关注关键部件，包括接收线圈和这种方法所需的功率调节电路。对于工程师来说，由于各种制造商提供的可用元件和IC，包括Intersil、Linear Technology、ROHM Semiconductor、STMicroelectronics、德州仪器(ti)和Vishay Dale，高效RF能量收集的设计变得更加简单。
射频能量无处不在，而且有望扩大，因为消费者和工业市场削减了电力线，更多地依靠无线技术实现从短距离到长距离的各种通信。除了无处不在的Wi-Fi信号源，工程师还可以找到射频能源，包括蓝牙和ZigBee等短程技术，以及蜂窝服务背后的各种远程技术。
随着可用性的提高，射频能量收集为系统设计本身带来了多重好处。除了减少布线和布线要求之外，由环境RF能量驱动的设计可以完全密封，并且免受环境条件和危险材料的影响。降低维护要求不仅提供了自身的优势，还允许工程师将系统放置在难以到达的位置或其他环境能源(如光、温度或振动)的可用性降低的位置。对于网状网络，例如物联网(IoT)中设想的网络，工程师可以将射频能量收集与复杂的设备到设备通信相结合，并使用每个设备对射频源进行环境反向散射调制。
采集能量至少需要几个基本组件，包括能量传感器、整流器、储能器和输出电压调节器(图1)。对于RF能量收集，接收线圈被用作响应与RF发射器的电磁耦合而产生电压的能量源。与一般的能量收集一样，RF能量收集的挑战在于在给定的环境能量水平下最大化传感器(这里是接收线圈)的输出。
图1:能量采集器电路通常对传感器采集的环境能量的电压输出进行整流。大多数应用需要一种方法来存储产生的能量，并调整输出到负载的电压(由线性技术提供)。
通过射频能量收集，工程师在确保最大能量输出方面面临独特的挑战。从根本上说，工程师必须处理微弱的环境射频源。虽然各种形式的射频能量会渗透到大多数封闭区域，但其水平通常低于工程师预期的替代环境源(图2)。
图2:虽然越来越普遍，但Wi-Fi和蜂窝GSM等环境射频源通常比其他源更有效，但它们通常会导致收集的功率减少(由德州仪器提供)。
射频发射器通信通常受到它们能够辐射的功率量的限制。此外，对于给定的无线电源，接收天线的功率随着距离的变化而降低，如Friis传输方程所预测的:
在这种环境下，接收天线的设计在最大化能量收集效率方面起着关键作用。虽然接收天线可以蚀刻在印刷电路板上，但工程师可以找到专门为此任务设计的接收线圈组件。与同类产品中的许多此类设备一样，Vishaydale 48mm x 32mm Iwas-3827 EC-50接收线圈(图3)具有低DC电阻(200 mω)和电感(9.7μH)。这些接收线圈针对无线电源应用进行了优化，通常具有高磁导率屏蔽，可用于阻挡来自其他电路元件的充电通量。
图3:接收线圈，如Vishay Dale IWAS-3827EC-50，针对无线电源应用进行了优化，并使用屏蔽功能来保护邻近的电子设备(由Vishay Dale提供)。
当通过线圈产生最大电压时，工程师通常会并联一个电容器，形成一个谐振电路，调谐到最高功率射频信号的频率。在与负载适当调整和匹配之后，谐振电路的输出将代表最佳RF源的最佳可能输出。
在输入端，M24LR16E-R提供两个引脚用于接收RF输入线圈。除了在输出端支持NFC/RFID应用功能，该器件还提供一个专用的Vout模拟引脚。当设置为电能收集模式时，器件使用Vout输出器件从RF场捕获的多余电能。上电Vout仅限于保证M24LR16E-R有足够的内部功率，但这个剩余功率足以驱动各种低功耗应用电路。工程师可以通过使用ST的Robot-M24L16E-A评估板探索器件的能量收集模式，评估板包括蚀刻感应天线、M24LR16E-R IC、PC连接器和相关元件。
对无线供电日益增长的兴趣和无线充电的应用也促进了IC的出现，可以满足更常见的射频能量采集需求。德州仪器(TI)BQ51221旨在支持无线功率协议，但它具有更一般的RF电能收集设计所需的完整功率调节路径(图4)。IC集成效率为79%，集成了效率为96%的同步整流器和效率为97%的稳压器。
图4:德州仪器BQ51221无线功率接收器为更一般的射频能量采集应用提供功率调节功能(德州仪器提供)。
结论
随着移动系统和无线技术的快速发展，智能传感器继续推动各种形式的无线通信的爆炸式增长，这导致环境射频能量几乎普遍可用。对于工程师来说，射频能量收集为提供低功耗设计提供了越来越有利的选择，例如无线传感器和其他为物联网构建的设备。有了可用的元件，工程师们可以很容易地构建可以收集射频能量的电路；然而，无线电源IC的日益普及为任何低功耗设计中的射频能量收集提供了现成的解决方案。
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