[发明专利]微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端

说明书

本发明的微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端由微波天线、悬臂梁LC带阻滤波器、电磁‑热‑电能量转换器、悬臂梁LC带通滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器、中频滤波器、充电电池和直流电源构成。微波信号由微波天线接收后通过悬臂梁LC带通波器进行滤波，再依次放大、混频、中频滤波后输出，干扰信号被带通滤波器反射形成的驻波会通过悬臂梁LC带阻滤波器，进而被电磁‑热‑电能量转换器转化为直流输出，并将能量储存于电池之中，为低噪声放大器、混频器和本地振荡器供电。该结构能够收集干扰信号的能量，避免了信号阻塞，改善了电磁兼容环境，提高了系统的稳定性；实现了微波接收前端中有源器件的自供电。

技术领域

本发明提出了一种微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

微波接收机是无线收发系统中重要的组成部分，传统的微波接收机前端在大干扰信号下，会发生信号的阻塞，形成的驻波会造成电磁干扰，污染系统的电磁环境；同时滤波器的通带中心频率不可调，限制了接收机前端的使用范围。近年来，随着MEMS/NEMS技术的研究以及其在微波通讯领域的发展，使得微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端具有实现的可能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端。使用微波天线接收到的微波信号，接入悬臂梁LC带通滤波器进行滤波，同时利用悬臂梁LC带阻滤波器和电磁-热-电能量转换器完成大干扰信号的能量收集，减少驻波电磁干扰的目的。滤波后的信号进入低噪声放大器放大后，依次进入混频器、中频滤波器，最终实现中频输出。电磁-热-电能量转换器由纳米热电堆构成，其多晶硅纳米线的热导率远低于传统体材料，提高了热电转换效率，大大地增大了输出电压。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端。该微纳电磁能量收集自供电的悬臂梁微波接收机前端包括：微波天线、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、悬臂梁LC带通滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器和中频滤波器。

微波天线，用来接收微波信号。

悬臂梁LC带通滤波器，使得带有调制信号的载波得以通过，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带阻滤波器是由基于MEMS技术的电容式悬臂梁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，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小可以调节滤波器的通带频域，悬臂梁LC带阻滤波器阻带的频域与悬臂梁LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，可以收集无法通过悬臂梁LC带通滤波器的干扰信号的能量。

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，由终端电阻将微波能量转化为热能，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。为了增加纳米热电堆结构的稳定性，热电偶之间填充有聚甲基丙烯酸甲酯。

充电电池，将纳米热电堆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。