一yi個ge數shu字zi係xi統tong的de時shi鍾zhong頻pin率lv本ben身shen可ke能neng很hen高gao
，已yi經jing處chu於yu射she頻pin範fan圍wei內nei，或huo者zhe其qi時shi鍾zhong頻pin率lv不bu夠gou高gao

，但dan其qi諧xie波bo頻pin率lv卻que落luo在zai射she頻pin範fan圍wei內nei。所suo以yi，一yi個ge高gao速su係xi統tong
，因yin其qi信xin號hao存cun在zai高gao頻pin成cheng分fen，電dian路lu上shang的de元yuan件jian呈cheng現xian分fen布bu參can數shu特te性xing，互hu連lian係xi統tong表biao現xian出chu傳chuan輸shu線xian效xiao應ying。所suo以yi
，在zai設she計ji高gao速su電dian路lu時shi，應ying具ju備bei射she頻pin微wei波bo知zhi識shi是shi很hen有you必bi要yao的de。

 

但高速係統和射頻係統存在差別，主要表現在：

 

· 射頻係統一般處理模擬信號，而高速係統是針對數字信號而言

；

 

· 射頻係統一股是窄帶的，而高速係統覆蓋從直流開始的很寬頻帶
；

 

· 射頻信號靠信號的幅度和相位傳播信息，一般從頻域進行分析；而高速信號靠波形傳播信息
，一般從時域進行分析

 

 

能量采集是實現低功耗電子器件（如無線傳感器）長期免維護工作的一項關鍵技術。通過捕獲環境中的多餘能量（如照明

、溫差
、振動和無線電波（射頻能量）），完(wan)全(quan)可(ke)以(yi)讓(rang)低(di)功(gong)耗(hao)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。在(zai)這(zhe)些(xie)微(wei)功(gong)率(lv)能(neng)源(yuan)中(zhong)，來(lai)自(zi)射(she)頻(pin)發(fa)射(she)器(qi)的(de)能(neng)量(liang)具(ju)有(you)獨(du)特(te)的(de)優(you)勢(shi)，包(bao)括(kuo)隨(sui)距(ju)離(li)變(bian)化(hua)可(ke)預(yu)測(ce)和(he)一(yi)致(zhi)的(de)功(gong)率(lv)，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)器(qi)遠(yuan)離(li)能(neng)源(yuan)的(de)束(shu)縛(fu)。

 

環境射頻能量如今可以從全球數十億個無線發射器獲得，包括移動電話
、手持無線電設備、移動基站以及電視/無(wu)線(xian)廣(guang)播(bo)台(tai)等(deng)。捕(bu)獲(huo)這(zhe)類(lei)能(neng)量(liang)的(de)能(neng)力(li)有(you)助(zhu)於(yu)創(chuang)建(jian)新(xin)的(de)無(wu)電(dian)池(chi)設(she)備(bei)，並(bing)允(yun)許(xu)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)設(she)備(bei)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)點(dian)滴(di)式(shi)充(chong)電(dian)。除(chu)了(le)環(huan)境(jing)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)外(wai)，還(hai)有(you)一(yi)種(zhong)方(fang)式(shi)是(shi)使(shi)用(yong)專(zhuan)門(men)的(de)發(fa)射(she)器(qi)發(fa)送(song)功(gong)率(lv)，這(zhe)能(neng)使(shi)無(wu)線(xian)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)性(xing)能(neng)。在(zai)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)中(zhong)這(zhe)是(shi)首(shou)選(xuan)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，但(dan)成(cheng)本(ben)比(bi)較(jiao)高(gao)。政(zheng)府(fu)法(fa)規(gui)一(yi)般(ban)將(jiang)使(shi)用(yong)免(mian)許(xu)可(ke)頻(pin)帶(dai)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)設(she)備(bei)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)限(xian)製(zhi)為(wei)4W有效全向輻射功率（EIRP）

，就像射頻標簽（RFID）詢問器那樣。作為對比，基於模擬技術的早期移動電話的最大發射功率為3.6W，而Powercast公司的新款TX91501發射器功率為3W。

 

環境射頻（RF）能量采集有個明顯吸引人的地方，即收集的是完全“免費的”能量。雖然具有這種能力的設備在充電時可以移動，但許多射頻能量采集方案要求使用指向已知能源（如移動基站）dedingxiangtianxian。zaiyidongdianhualingyudeyingyongqianjingshinenggoushoujizugouduodehuanjingshepinnenglianglaiyuyidongshoujidedaijigonghaoxiangpipei。ruguokenengdehua，nameyidongdianhuajiangjuyoulianxudedaijinengli，erbujinjinshijitianshijian。suiranzhezhongteshuyingyongmuqianhaibushiyong，danxuduoxitongjiyaosudehuijizhengzaituidongshiheqitayingyongdehuanjingshepinnengliangcaijifangan。zhexieyaosubaokuodigonghaoyuanjianbuduanpuji、有更多的發射器作為能源、無源射頻采集器的射頻靈敏度提升以及低等效串聯電阻（ESR）雙層電容（也稱為超級電容）的推廣。

 

zhuruweikongzhiqidengdigonghaodianziyuanjiandezhizaoshangzhengzaibuyiyulidijiangdiyuanjiangonghao
，tongshitigaoxingneng。laizizhexiegongsideshujushouceheqitaxingxiaoguanggaodouzaiyouyixuanchuanjigenaanjidedaijidianliu，yijinenggoucongdianyabudao1V的電池進行升壓的片上DC/DC轉換器。其它元件（如傳感器等）被bei越yue來lai越yue多duo地di設she計ji成cheng有you助zhu於yu降jiang低di總zong體ti係xi統tong功gong耗hao的de無wu源yuan器qi件jian。這zhe對dui無wu電dian池chi設she備bei來lai說shuo尤you其qi重zhong要yao。通tong過guo充chong分fen的de實shi時shi能neng量liang采cai集ji
，無wu電dian池chi設she備bei可ke以yi連lian續xu運yun轉zhuan，但dan如ru果guo能neng量liang太tai低di，就jiu必bi須xu先xian儲chu存cun起qi來lai，直zhi到dao足zu夠gou維wei持chi一yi次ci工gong作zuo周zhou期qi。隨sui著zhe元yuan件jian功gong率lv水shui平ping的de降jiang低di，由you能neng量liang采cai集ji技ji術shu供gong電dian的de係xi統tong可ke以yi工gong作zuo得de更geng加jia頻pin繁fan。

 

無線電發射器的數量，特別是用於移動基站和手機的發射器數量正在不斷增加。據ABI Research公司和iSupply公司估計

，移動手機用戶數量近期已經超過50億，ITU估計其中有10億多是移動寬帶用戶。此外還有眾多的Wi-Fi路由器以及諸如筆記本電腦等無線終端設備。在一些城市環境中

，有可能檢測到數百個Wi-Fi接入點。在短距離範圍內，比如同一房間內

，可以從發射功率為50mW至100mW的典型Wi-Filuyouqizhongshoujidaoweixiaodenengliang。zaigengchangjulideqingkuangxia，xuyaoshiyongjuyougenggaozengyidegengchangtianxiancainengzhenzhengshoujidaolaiziyidongjizhanhewuxianguangbotadeshepinnengliang。2005年，Powercast公司在距一個小型5kW AM廣播電台1.5英裏（大約2.4公裏）的地方成功演示了環境能量采集的實現。

 

無源射頻接收器或射頻能量采集器件（如Powercast公司的P2110 Powerharvester接收器）工作時的射頻輸入電平要大於等於-11dBm。提高射頻靈敏度允許在距射頻能量源更遠的距離範圍內實現射頻至直流（RF/DC）電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)，但(dan)隨(sui)著(zhe)距(ju)離(li)的(de)增(zeng)加(jia)，可(ke)用(yong)功(gong)率(lv)將(jiang)降(jiang)低(di)，充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)將(jiang)延(yan)長(chang)。低(di)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)能(neng)量(liang)存(cun)儲(chu)技(ji)術(shu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)非(fei)常(chang)低(di)時(shi)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)采(cai)集(ji)到(dao)能(neng)量(liang)的(de)損(sun)失(shi)，使(shi)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)過(guo)程(cheng)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)效(xiao)。

 

射頻能量采集器的一個重要性能是在寬範圍的條件下正常工作的能力
，包括輸入功率和輸出負載電阻的變化。例如
，Powercast的射頻能量采集元件無需額外的耗能電路來實現最大功率點跟蹤（MPPT），而這是將太陽能轉換為電能等其它能量采集技術不可或缺的。Powercast元件可以在很寬的工作範圍內保持較高的射頻至直流轉換效率，因而具有跨應用和OEMshebeidekuozhanxing。nenggoushiyingduopindaihuokuandaipinlvfanweibingqiezhichizidongpinlvtiaoxiedeshepinnengliangcaijidianlukeyijinyibutigaoshuchudianneng，yeyincinengkuozhanyidongxing，jianhuaanzhuang。Powercast元件采用標準50Ω輸入阻抗設計，不僅有利於縮短設計時間
，而且支持使用現成的天線。

 

圖1顯示了Powercast P2110 Powerharvester接收器在多個頻段的性能
，包括中心頻率為915MHz的工業-科學-醫療（ISM）頻段。

 

圖1：圖中曲線顯示了P2110 Powerharvester模塊在三種ISM頻段工作時射頻輸入功率與轉換效率的關係。

 

存儲利用能量采集技術捕獲到的能量有幾種方式，包括傳統的可再充電電池、新興的薄膜電池和電容。在過去20年中
，鋰（鋰離子）電池、鎳氫電池（NiMH）hebomodianchidouyoulechangzudefazhan。suizhenengliangmidudetigaohefengzhuangchicundesuoxiao

，zhexiechanpinyibeichenggongdiyongyuchangshijiandiweichiweigonglvchuanganqishebeiyunzhuan。zhexiechanpindequedianshi，jiuxiangyicixingdianchinayang，kezaichongdiandianchiyeyouyouxiandeshouminghechongdiancishu，zuizhongbixuyaogenghuan。zhezhengshixuduoxingyexuyaokaolvheyanjiunengliangcaijiyutidaixingnengliangcunchufangan（如超級電容）的原因。

 

傳統的超級電容或眾所周知的電化學雙層電容器（EDLC）在2.5V或5V時具有數百歐姆的ESR值，這種電容在能量儲備應用中已經有30多年的使用曆史了，包括用作各種消費設備（如錄像機、收音機和其它電子係統）時鍾的後備能量。這些時鍾在低電壓下工作時消耗電流不到10μA，在許多電路的實時時鍾（RTC）應用中也有使用。這些低功耗應用發現，EDLC器件是必須被頻繁更換的電池與在實用封裝（如鈕扣電池）下無法提供足夠電荷存儲的靜電/電解電容之間的極好折衷產品。

 

針對客戶的要求
，在過去10年中業界開發出了低ESR的EDLC電容。這種電容能夠在高脈衝功率應用中的接近5V電壓條件下提供數安的電流。這種EDLC電容體積小，ESR值低（2OmΩ至50mΩ），容量大（6.8mF至1F）
，額定工作電壓範圍是2.5V至20V。這些電容可以提供許多應用要求的數安培的高電流脈衝，比如無線條碼掃描機
、智能抄表係統以及許多類型的GSM/GPRS蜂窩應用。這些低ESR元件現在還設計用於微功率能量采集係統等新興應用，因為它們具有兩種獨特性能：低漏電流和低ESR。現在這些電容已經代替其它電容或其它小型電池成為這類應用的首選。例如AVX公司的BestCap元件就具有低ESR、低漏電流和高電流脈衝特性，非常適合環境能量采集使用。它們不僅具有很小的ESR值，而且具有不到幾個微安的低漏電流。

 

圖2是EDLC電容的橫截麵圖。從圖中可以看到兩個由電解液包圍著的納米顆粒活性碳層
，電解液中間則有一個“隔離”層。這兩個碳層與集電極相接觸，並由集電極將電流輸送到外部。這兩個碳層由兩個串聯電容組成
，因此命名為雙層電容或DLC。由於電容內的電荷載體實際上處於離子態，因此使用了術語電化學DLC（或EDLC）。這張圖也顯示了簡單的原理，其中電荷主要集中在集電極-碳接口。電容（C）直接正比於有效麵積（A），並反比於這些電荷（或C a A/d）之間的隔離距離（d）。雙層電容的正負電荷之間的間距在納米範圍
，這正是EDLC電容容量如此大的原因（因為這個間距要比靜電電容的電荷間距小好幾個數量級）。

 

圖2：電化學雙層電容（EDLC）的橫截麵圖。

 

基於含水電解液的BestCap器件使用質子（一種最小的離子）作為電荷載體。與使用較大離子的其它超級電容技術相比
，這種電容設計方法可實現每單位有效麵積更低的ESR。由於其自身設計實現了更小的漏電流
，BestCap架(jia)構(gou)也(ye)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)還(hai)可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)同(tong)封(feng)裝(zhuang)內(nei)構(gou)建(jian)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)容(rong)，最(zui)終(zhong)能(neng)夠(gou)在(zai)同(tong)一(yi)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)下(xia)靈(ling)活(huo)地(di)實(shi)現(xian)不(bu)同(tong)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。這(zhe)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)內(nei)部(bu)不(bu)需(xu)要(yao)外(wai)部(bu)平(ping)衡(heng)。

 

huanjingzhongdewuxiandianboshuliangfeichangpangda，tebieshizairenkouchoumidechengshinei，erqiepinlvfanweiyuelaiyueda，gonglvshuipingyuelaiyuegao。ruguozhezhongziyouliudongdeshepinnengliangnenggoubeiyouxiaohegaoxiaodicaiji，namezhexiewuxiandianbojiunenggouchengweiyizhongduteqieguangfankeyongdeweinengyuan。shuliangbuduanzengjiadewuxianfasheqijiangdaozhishepingonglvmiduhekeyongxingrijiantigao。zhuanyonggonglvfasheqijiangjinyibushikeshixian、可預測的無線電源解決方案成為可能。隨著電子元件功耗的持續降低、無源射頻接收器靈敏度的提高以及低ESR雙層超級電容性能的改進
，通過射頻能量采集方式實現無繩充電的實用性應用將不斷推陳出新。