一种基于液态金属的频率自适应射频能量收集器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种基于液态金属的频率自适应射频能量收集器

背景技术

射频能量采集技术能够捕捉周围环境中的射频能量，并将其转换为直流电，为物联网(IoT)中的低功耗传感器供电，因此备受关注。与风能和太阳能等其他环境能量收集技术不同，射频能量收集依赖于特定的频段，因为射频能量主要来自通信频段和局域网频段，如LTE、Wi-Fi和5G。为了有效收集环境中的电磁能量，射频能量收集器的工作频率必须与环境中的射频能量频率相匹配。遗憾的是，在一个给定环境中，依赖于外部射频源(如Wi-Fi、5G和LTE基站)的射频能量往往分布一个或两个频段，这就导致在环境改变后，在固定频率工作的射频能量收集器无法正常工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于液态金属的频率自适应射频能量收集器，可以根据外界环境中频率的变化改变自身的工作频率，实现高效的射频-直流转换。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于液态金属的频率自适应射频能量收集器，包括频率可重构天线，宽带整流电路，微控制器，电机以及拉伸装置，频率可重构天线分别与宽带整流电路、拉伸装置连接，微控制器分别与宽带整流电路、电机连接，电机连接拉伸装置以驱动拉伸装置进而带动频率可重构天线拉伸；其中，

宽带整流电路，用于将频率可重构天线输出的射频能量转换为直流能量；

微控制器，用于实时检测宽带整流电路的输出电压；还用于电机提供信号，控制电机转动；

拉伸装置，用于通过拉伸频率可重构天线改变其长度；

频率可重构天线，其由液态金属构成，可拉伸，用于根据自身长度的变化改变自身的工作频率，从而改变射频能量收集器的工作频率。

宽带整流电路的工作频率覆盖频率可重构天线的工作频率。

拉伸装置上设置有夹具，通过夹具夹持频率可重构天线，夹具在电机的驱动下拉伸频率可重构天线，以改变频率可重构天线的长度。

电机为步进电机，微控制器向步进电机提供方波信号，控制步进电机的转动。

当外界环境的输入频率改变至其与频率可重构天线当前的工作频率不再匹配时，微控制器检测到宽带整流电路输出电压的降低，微控制器通过控制电机驱动拉伸装置，使频率可重构天线回到原始长度，从原始长度到预设的长度逐渐拉伸，从而改变射频能量收集器的工作频率。

在频率可重构天线的长度发生变化时，微控制器实时检测并比较宽带整流电路的输出电压并记录频率可重构天线的变化后长度，在频率可重构天线拉伸经过一次循环之后，微控制器得到宽带整流电路输出电压的最大值对应的频率可重构天线长度，控制电机使频率可重构天线拉伸至输出电压的最大值对应的频率可重构天线长度，实现射频能量收集器工作频率的自适应调整；当频率可重构天线从原始长度拉伸至预设长度时，视为一次循环的完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明可以根据外界环境中频率的变化改变自身的工作频率，实现高效的射频-直流转换。

附图说明

图1为本发明实施例的信号传输及功能示意图；

图2为本发明实施例中整流电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的技术方案为一种基于液态金属的频率自适应射频能量收集器，包括可拉伸的频率可重构天线，宽带整流电路，微控制器，步进电机以及拉伸装置。

可拉伸的频率可重构天线由液态金属作为导体制作而成，可以通过控制天线的长度改变天线的工作频率。

宽带整流电路的工作频段与天线的工作频段范围基本吻合，其作用是把天线接受的射频能量转换为直流能量。

微控制器具有两个作用；一为实时检测整流电路的输出电压；二是给步进电机提供方波信号，控制步进电机的转动。

拉伸装置上有夹具，可以将天线夹在拉伸装置上，通过控制拉伸装置的移动改变天线的长度，从而改变天线的工作频率。

如图1所示，为本发明实施例的信号传输及功能示意图，当外界的频率改变后，外界频率与天线的工作频率不再匹配，导致整流电路的输出电压降低。微控制器检测到整流电路输出电压的降低，从而通过控制步进电机间接控制拉伸装置，使天线从原始状态开始拉伸，从而改变天线的工作频率。与此同时，微控制器实时检测比较整流电路的输出电压并记录天线的位置。在天线拉伸经过一个循环之后，微控制器得到整流电路的输出电压的最大值对应的天线位置，控制步进电机使天线实现该位置，从而实现本射频能量收集器的频率自适应功能。

如图2所示，为本发明实施的宽带整流电路，其功能是将天线接收的射频能量转换为直流能量。该整流电路包括两个整流二极管D1，D2，用于将射频能量转换为直流能量；两个电感L1、L2以及一个电容C，用于阻止射频能量通过负载R；并且该电路还包括六个扇形枝节用于阻抗匹配，通过调整扇形枝节的长度可以改变电路的工作频率。

本发明可以根据外界环境中频率的变化改变自身的工作频率，实现高效的射频-直流转换。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。