[发明专利]用于通过集成片上天线的无线换能器的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月16日提交的美国临时专利申请号61/714,605的优先权，并可涉及2010年8月20日提交的美国专利申请号12/860,723(律师档案号P637-US)和2013年2月11日提交的美国专利申请号2013-0207639A1，所有申请的公开通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及无线传感器。更具体地，它涉及用于使用集成天线进行无线传感的系统和方法。

附图的简要说明

合并到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本公开的一个或多个实施方式，并连同示例实施方式的描述一起用来解释本公开的原理和实现。

图1示出具有集成天线的传感系统的一个实施方式。

图2示出由可见光供电的传感系统的一个实施方式。

图3示出由通过光纤输送的可见光供电的传感系统。

图4示出在传感系统中的电子电路的一个实施方式。

概述

在本公开的第一方面中，描述了一种系统，该系统包括：能量采集单元，其配置成从电磁辐射向系统提供电能；换能器，其配置成检测可测量；电子电路；以及天线；其中电子电路配置成对可测量编码并将它们传输到天线，天线配置成传输所编码的可测量，以及其中能量采集单元、换能器、电子电路和天线一体成型地集成在系统中。

在本公开的第二方面中，描述了一种系统，该系统包括：能量采集单元，其配置成从电磁辐射向系统提供电能；换能器，其配置成检测可测量；电子电路；以及天线；其中电子电路配置成对可测量编码并将它们传输到天线，天线配置成传输所编码的可测量，以及其中换能器、电子电路和天线一体成型地集成在系统中。

详细描述

本公开描述了以用于传递由无线传感器测量的数据的以片上一体成型地制造的天线为特征的平台。在一些实施方式中，平台组合从电磁辐射产生电的能量采集设备、将感兴趣输入转换成电流或电压的换能器模块、控制系统中的其它部件的电子电路以及一体成型地集成在电子电路的同一芯片上的天线。能量采集设备可从微波或光辐射产生电以给系统供电，且换能器将感兴趣的周围信号(例如温度或化学反应)转换成电流或电压。电子电路然后对输入信号编码，通过片上天线来传输输入信号。外部检测器和计算设备然后接收这些数据并将这些数据解调成测量的原始信号。

从对准、检测等方面看，与光学数据链路比较，本文描述的系统和方法的一个优点是射频通信的灵活性。在GHz或甚至更高的数量级的载波频率下，总平台尺寸对于应用(如在生物组织中的植入)仍然足够小，虽然并不如在光通信的情况中的严格地需要检测器的视线对准。检测器的视线对准可能在一些情况下不是可行的。

载波频率可被设计成根据在平台周围的材料来利用在吸收频谱中的微波窗口，且天线辐射图样也可被定制以满足特定应用的要求。例如，在人的生物组织内部的天线上的辐射图样可能指向组织外部的方向，以便最大化传输信号。辐射图样也可能指向避开特定的组织或器官的方向(例如以避免不必要的辐射被生物组织吸收)以节省传输功率或保护生物组织免受不利效应(或这两者)。

系统和方法对于无线传感平台的领域中的技术人员是已知的。这样的平台可组合如在上面引用的例如在US 12/860,723和US 2013-0207639 A1中描述的半导体光伏电池、电气电路、换能器模块和数据链路激光器，这两个申请的公开都通过引用以其整体并入本文。然而，数据链路激光器的性质使数据传输变成相当单向的，这在一些情况下将限制光电探测器的放置。例如，相邻于所植入的无线芯片的外部空间可能太狭窄而不能在合理的视线对准内安装光电探测器模块。因此，在某些情况下，具有微波数据链路同时维持整个平台的微型化的特征可能是有利的。本公开描述了无线数据通信的高度集成的、尽可能一体成型的实现。

在本公开中，描述了被制造有与用于射频(RF)通信的电子电路一体成型地集成的片上天线的平台。整个平台可由微波辐射或光照明供电。

图1示出本公开的一个实施方式，其中平台(100)由RF辐射(102)供电。RF能量采集单元(105)产生电以给控制平台(100)的其它部分(例如元件(110)、天线(115)和数据链路(120)等)的电子电路供电。例如，能量采集单元(105)可以是感应线圈。在一些实施方式中，感应线圈可以是片外模块或平台(100)的一体成型地集成的部分。