基于微波整流的半导体开关无线控制

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图 １整 流 电路实 测结果
２整 流 天线 整体 测试 结 果
完 成 以上设 计后对整 流阵列 、 接 收 天线 以及射 频开 关进行 最
流 电压达 到最 大化 ， 同时 为保 证半 导体 开关 进行 控制 工作需 要提 后 的整 合完 成 集成设 计。 测 试结果 表明 在关 闭状态 时射 频开关 的 供 最低 的 电平。 在 开关 的控 制端 口， 漏 出的电流 非常小 ， 所 以可 以 漏 电 流非 常小 ， 只有 ０ ． １ Ａ， 同时 还 有低 功 耗、 损 耗低 以 及隔 离
将整 个 电路 的负载 当做 一个相 对较 大的 电阻 。
１整流 天 线仿 真设计 与测试 结果
度 好 的优 点。 所 使用 的具 有全向特 点的 唤醒天 线作为 接收 天线 ， 产生２ ． ３ ｄ Ｂ的增 益同 时结果 表明 天线的 发射功率为 ｌ Ｏ ｄ Ｂ的时候 ，
射频 唤 醒电路 中的 核心 就是 整流 电路 ， 这一 部分 可以实 现将 接 收 天线 在 ２ ｍ 处经 过整 流 后的射 频功 率可 以产生 大于 ｌ Ｖ的 输
息 管 理
基 于微 波 整流 的半 导 体开关无 线 控 制
顾龙恺 南京恒电电子有限公司
摘要： 以微 波 整流作为基 础所设计出现 的使 用半导体作 为开 关进 行无线控 制的方法是 为了 满足传感器节 点和有源电子标签在低 功耗 的 时候对 唤醒模 块的需求。 这 种开关的工作 原理是 直流输 出电压在 经过微 波整流 处理后可 以对半导体开 关的状态进行 控制 ， 并 由此来 对环形 电路 中 直 流电源进行控制 ， 决 定其通 断状 态， 以在关断状态下 的半 导体开关具有漏电流低 的特点作 为依据 ， 保证 在休眠期 内设备能够维持 极 低 的功耗 ， 最终 实现 节 点电源以及标签 电源的工作 时间得到延 长的目 标。 本文 中所阐述 的微 波整 流设计是 为了 满足使直 流输 出电压达 到最大 化 的要 求 ， 在设计中应用双单元的整流 阵列对整流 天线部 分进行 设计。经过测试 以及仿真实验研 究后发现 ， 当 －Ｉ ８ ｄ Ｂ ｍ的射 频功率被一路 天 线接 收 后， 其输 出的直流 电 压 能满足 经典的 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ开关在正常控制工作 中需要的最低 电 平值 即 １ ｖ ａ 关键 词 ： 无线能量传输 微 波整流 半 导体开 关 唤 醒电路
为了实 现直 流输 出的最 大化 ， 接 收微 波 功率使 用了阵 列天 线。
一
参 考文 献
ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ｂ ｅ ａ ｍ［ Ｊ ］ ．Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｉ ｒ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｃ ｏ ｒ ｄ ，
３结 浯
本 文 中成 功设 计 了基于 微 波 整 流的 半 导体 开关 无 线 控制 方
个电 容为隔 直电容 ， 另一 个 电容 的作用是 用 来存储 电荷 和 输 出滤 法 用于实 现最 大 直流 输 出电压的 目 标， 整 流阵 列的 设计被 用于 整 波而 两个二 极管是 确保 电路 的 流动 是单 向的 。 通 常情 况下保 持 射 个 整 流电 路 中， 使 用实 验 以及仿 真设 计对 整 个方案 进行 验 证 ， 证
频 信号 的输 入幅 度 为一 定值 ， 通 过将 二极管 的导 通 电压 降低 后能 明 了其 正确性 。 这一 设计 接下 可 以在传 感器节 点或者 在有 源电子 够实 现 输 出电压 值的 提 高 ， 。 在 倍压 整 流 电路里 使用 的 二极 管最 标 签 中得 到进 一 步的应用 。 常用的 肖特 基二 极管。
射频 能 量转 化为直 流电压 ， 一 般情 况下 整流 电路 所输 入的 射频 能 出直流 电压 ， 该 直流 电压与射 频开 关 的控 制端 口相 连能 够最 后使 量较 低 ， 输 出的直流 电压 经过 整流 后很 难满 足将 开关 打开 的最低 开 关打开。
电平 ， 所 以～ 般应 用 多级 的整 流 电路 。 本 文 中所采 用的 电路 是基 本倍压 结 构 的整 流电 路 ［ ２ ］ ， 包 括两 个 电容 和两 ４ － －极 管。 其 中～
微 波无 线 能量 传 输的 实 现起 关 键 性作用 的技 术 就 是 微 波整 提 高直流 输 出电压方面 整流 阵列效 果 明显 。 流技 术 ， 这个 技 术 的工作 原理 就 是 应用半 导体 二极 管， 把经 过 天
线接 收 得 到 的微 波频 段 的 能量 向直流 供 电 电压 进行 转 换 【 １ 】 ， 这
一
Hale Waihona Puke 技 术 的 产生 解 决了有 源 射 频识 别标 签 以 及无 线 传感 器 等 的这 类低 功 耗的 电子 设备所具 有 的 电池寿 命 限值无 线供 电的问题 。 在 实际 的使 用过程 里 为了使 ＲＦ Ｉ Ｄ和传 感器 网络能 够维 持不工作 的 休眠 状 态， 一 般采 用使设 备休 眠期 所产生 的 功耗 进行降 低 处理 的 办法 来 延长 电池使 用寿 命， 在 需要设 备进 入 工作状 态 的时候 依 赖 唤醒 模 块对 设备 进行 唤 醒来 开启 工作状 态 。 由此可以看 出电池 的 续航 时 间主要取 决 于唤 醒模 块在 休 眠状 态时所 产生 的功 耗。 针 对 这一 问题， 本文 提 出了解 决 方案 开发 出了 以微 波 整流 为 理论 依据 采用半 导 体开关 来进 行 无线控 制 的方 法。 这一设 计的 使输 出的直
般 用于 微波 整 流的 阵列天 线有 两种 ， 一种是 将 多个 天线 单元并 【 １ ］ Ｂ ｒ ｏ ｗｎ Ｗ Ｃ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｂ ｙ