文章目录
- 摘要
- 一、整流天线
- 二、仿真结果
- 三、系统测试
- 总结
论文来源：https://ieeexplore.ieee.org/document/4403991
摘要
文章介绍了一种低功耗（约10μW）的2.45 GHz无线传感器平台，该平台包括一个三轴加速度计、温度计和皮肤电导传感器。该传感器通过窄带2.45 GHz双极化低功率密度辐射（约100μW/cm²）在大约3-4米的距离内进行无线供电。
一、整流天线
单个整流天线元件的框图如图1a所示，包含一个双极化天线，每个端口对应于两个正交极化中的一个，并连接到一个整流的肖特基二极管。这些二极管独立整流两个正交极化中的RF功率，并且在整流和滤波后将直流功率相加。由于多路径传播的统计特性，以这种方式获得的直流功率不会像单极化整流天线那样显著变化。
图1b显示了一张在2.4GHz下工作的双线性极化贴片天线的照片，该天线使用高介电常数（εr≈10）的基板制造，以减小尺寸，每个辐射边缘连接两个肖特基二极管（Avago HSMS-8101）。直流功率通过贴片天线RF电压零点处的一个过孔提取，该过孔提供了一些RF滤波，之后是一个两极LC低通滤波器。
图1 双极化天线.
二、仿真结果
还进行了测量，以确认使用双极化整流天线时产生的直流功率变化较小的事实。
对于具有恒定功率密度170μW/cm²的线性极化入射波，整流天线的方向如直方图下方所示变化。结果表明，与线性极化贴片整流天线相比，双极化整流天线产生的直流功率更大，但更重要的是，接收功率的变化减少了约一半。
三、系统测试
通过测量丢包率（丢失的包数与发送的包数之比）来测试传感器数据链路，测试涵盖了不同的传输距离。接收器通过USB连接到计算机，并将数据传送到LabVIEW界面。对于该平台而言，丢包率在距离高达10米时低于5%，且与发射机和接收机的相对方向无关。然而，对于更大的距离，链路仅在同极化天线之间可靠。
无线供电来源由一个发射机实现，该发射机包括一个Mini-circuits 2.4 GHz VCO（JTOS-3000P），通过一个Fidelity Comtech 1 W功率放大器（FCI-CCA）进行放大，喂入一个半波长单极天线。在1 W的输出功率下，无线传感器在距离发射机3-4米的范围内可以完全供电。
在整个系统集成后，需要比较收集到的能量和消耗的能量，以确定系统是否能够维持电池充电。图2显示了转换器在给定入射RF功率水平下向电池提供的功率。绘制的数据包括所有控制和转换器的功率损耗，并指示了传感器负载可用的能量量。
图2 入射功率密度与功率消耗的关系.
总结
展示了一种低功耗无线传感器，具有无需更换电池的特性。传感器电子设备通过ISM频段的低功率密度辐射供电，这得益于RF和电源管理电路的集成设计。
