[发明专利]悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器

说明书

本发明的悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器由微波天线、收发转换电路、悬臂梁LC带通滤波器、低噪声放大器、接收混频器、本地振荡器、中频滤波器、发射混频器、功率放大器、带通滤波器、悬臂梁LC带阻滤波器、电磁‑热‑电能量转换器、充电电池、直流电源和光、热能量收集系统构成。接收系统中无法通过悬臂梁LC带通滤波器的干扰信号会通过悬臂梁LC带阻滤波器由电磁‑热‑电能量转换器收集，将电磁能量转化为电能储存在充电电池中；发射系统中功率放大器耗散的热能会由光、热能量收集系统收集，同时该系统在光照条件下可收集光能，收集的能量储存与充电电池中。该系统集成了电磁、光、热能的收集，用于系统中有源器件的自供电。

技术领域

本发明提出了一种悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

对于应用广泛的无线传感网络，无线收发系统是至关重要的组成部分，对于应用在各种场合的无线传感节点来说，其供电问题是持续工作的关键。以纳米热电偶作为转换元件的能量收集结构，可对射频功率放大器工作中耗散的热能和干扰信号的电磁能量进行收集，不仅能够提高能量的使用效率，减少能源的浪费，同时也可为布置在收发组件周边的各种无线传感节点供电。此外，将光电池集成进能量收集结构，能够在光照条件下收集光能，可作为热能收集的有力补充。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器。在实现微波信号的接收和发射的同时，对干扰信号的电磁能量、器件耗散的热能以及光能进行收集储存，用于系统有源器件的自供电。对于接收系统，在大干扰信号下，会造成信号的阻塞，以及对系统的电磁干扰；对于发射系统，功率放大器在工作时有相当一部分能量以热能的形式耗散，不仅造成收发组件的升温，影响了模块正常的工作，还造成了能量的浪费。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器。该悬臂梁自供电收发组件中微纳电磁光热集成能量收集器包括：微波天线、收发转换电路、悬臂梁LC带通滤波器、低噪声放大器、接收混频器、本地振荡器、中频滤波器、发射混频器、功率放大器、带通滤波器、悬臂梁LC带阻滤波器、电磁-热-电能量转换器、充电电池、直流电源和光、热能量收集器。

微波天线，用来接收和发射微波信号。

收发转换电路，用来切换微波收发系统的状态。

悬臂梁LC带通滤波器，使得天线接收的有用信号得以通过，反射通频带外的干扰信号。其由电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2和平面电感L1、平面电感L2构成，其中电容式悬臂梁K1和平面电感L1一端相连构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K1的另一端连接地，平面电感L1的另一端连接电容式悬臂梁K2和平面电感L2，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2另一端作为滤波器的输出端。

悬臂梁LC带阻滤波器，与悬臂梁LC带通滤波器通频带互补，使得反射的干扰信号可以通过，进而被电磁-热-电能量转换器转换收集。由电容式悬臂梁K2、电容式悬臂梁K1和平面电感L2、平面电感L1构成，其中电容式悬臂梁K2和平面电感L2一端相连构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K2的另一端连接地，平面电感L2的另一端连接电容式悬臂梁K1和平面电感L1，平面电感L1的另一端接地，电容式悬臂梁K1另一端作为滤波器的输出端。

电磁-热-电能量转换器，由共面波导、终端电阻和纳米热电堆构成，共面波导作为电磁-热-电能量转换器的输入端，由终端电阻将电磁能量转化为热能，而由于Seebeck效应，纳米热电堆将热能转化为直流电压输出。纳米热电堆是由多对热电偶串联而成，垂直衬底表面的N型多晶硅纳米线簇和P型多晶硅纳米线簇构成了热电偶的半导体臂。因为热量皆由热电堆的热端传递到冷端，所以热电偶在传热学上并联。

充电电池，将纳米热电堆和光电池得到的直流电压能量储存在电池之中，同时与直流电源并联，给有源电路实现自供电。