环境射频能量收集
NFC无线射频取电技术研究及应用探索
NFC无线射频取电技术研究及应用探索Research on NFC Radio Frequency Power Supply Technology and Its Application Exploration深圳市每开创新科技有限公司欧阳红军摘要：由于传统供电方式无法满足社会可持续发展需求，以及物联网应用灵活且低成本部署的需求，NFC无线射频取电技术成为一种有效的解决方案。
介绍了NFC无线射频取电技术，分析其天线设计、输入功率和输出电压、能量转换效率、灵敏度及兼客性等技术指标，阐述其在NFC智能锁及电子纸显示的两种典型应用场景，对其在电子纸应用方面从技术和市场两方面做了展望，为业界在NFC无线射频取电技术及其应用领域的研究提供参考。
关键词:RFID，NFC，无线射频取电技术, 电子纸, 智能锁Abstract:Because the traditional power supply mode can't meet the needs of social sustainable development, as well as the need for flexible and low-cost deployment of IoT applications, NFC radio frequency power supply technology has become an effective solution and is highly expected. This paper introduces the NFC radio frequency power supply technology, analyzes its technical indicators, including antenna design, input power and output voltage, energy conversion efficiency, sensitivity and compatibility. Besides that, this paper also expounds its two typical application scenarios in NFC smart lock and e-Paper display, and looks forward to its application in e-Paper from both technical and market aspects, providing reference for the industry's research in NFC radio frequency power acquisition technology and its application fields.Keywords:radio frequency identification; near field communication: radio frequency power supply technology; e-Papersmart lock.1. 引言在全社会营造节能低碳浓厚的氛围下，环境取能与碳达峰碳中和的政策、理念不谋而合。
无线射频能量收集技术的研究与应用
无线射频能量收集技术的研究与应用随着科技的不断进步，射频电子技术也逐渐成为人们日常生活的重要组成部分。
目前，无线射频能量收集技术正在得到越来越多的关注和研究。
这种技术利用无线电射频信号转化成电能，可以应用于各种领域，例如物流管理、传感器设备、医疗器械等，为社会带来了巨大的经济和社会效益。
一、无线射频能量收集技术的基本原理射频能量收集技术常基于电磁感应原理或者射频识别技术。
电磁感应原理基于法拉第电磁感应定律，由磁场引起的感应电流转化为电能。
而射频识别技术则为利用感性薄膜磁元件、晶体管、能量转换器等电子元器件，通过射频信号变换实现。
因此，无线射频能量收集技术一般分为两类，即磁感应型和射频开关型。
磁感应型无线射频能量收集技术是利用线圈的电磁感应原理来实现的。
当交变电流通过线圈时，就会产生一个磁场，当这个线圈和另一个线圈相邻时，因为磁场作用，就会在后者产生感应电动势。
这样就可以在被测对象周围放置一个或多个线圈，如此便可以将电磁感应产生的能量收集起来。
磁感应型无线射频能量收集技术可以应用于一些特殊场合，如未上电的针孔摄像头，以及为智能手环、健康监测设备等低功耗设备供电。
射频开关型无线射频能量收集技术则利用射频信号开关来实现。
当射频信号通过电容或电感时，就会发生电荷的积累和放电。
通过控制开关，可以控制电荷和放电的过程，将无线射频信号中的能量转换为直流电能。
这种技术在能量转换过程中，能够提供更加高效的电源输出，提高了无线射频能量收集的能力。
此外，射频开关型技术可以实现无线感应式充电和无接触式供电，使消费电子产品像智能手机、笔记本电脑等更加方便快捷地进行电池充电。
二、无线射频能量收集技术的应用无线射频能量收集技术已经得到了广泛的应用。
在物流管理方面，无线射频能量收集技术可以使用无线射频识别或传感器技术，帮助企业实现物品追踪。
如在仓储物流方面，可以使用射频识别技术对物品进行管理，使得物品的入库、出库、转移等环节实现更加高效化和快捷化。
无线射频能量收集系统设计
无线射频能量收集系统设计杨涛，刘兴，李健，周洋（国网江西省电力有限公司信息通信分公司，江西南昌330096）摘要：微型电子设备供电方式仍是以电池为主，更换电池带来的困难使这些设备无法长久运行，无线射频能量技术为低功率微电子设备的供电提供了一种新的方式。
文中设计了一套接收2.4GHz射频信号的射频能量收集系统，该系统主要由微型贴片天线、阻抗匹配电路、整流升压电路和存储电路构成，利用ADS仿真工具验证了系统设计的可行性，当负载电阻在100kΩ，输入功率在-10dBm-5dBm之间时，能量转换效率均在30%以上，可实现低功率微电子设备的持续供电。
关键词：射频能量收集；接收天线；阻抗匹配电路；整流升压电路中图分类号：TM461.3文献标志码：B文章编号：1006-348X（2021）04-0016-050引言随着无线通信技术的迅速发展，便携式和分布式无线设备应用越来越普及，如何为这些设备提供稳定可靠的电源正成为限制无线设备应用和普及的问题之一。
无线射频能量收集技术的发展为低功率无线设备的供电提供了一种新的方式。
无线射频能量收集系统既可以收集环境中的射频信号，也可以收集特定发射器产生的射频信号。
文献[1]设计了一种基于超宽带阿基米德螺旋天线和半波乘法器电路的射频能量收集系统，在0dBm的输入功率下得到了30%的整流效率，且得到的输出电压及功率均可满足低功耗设备的工作需求，但是仍然避免不了能量收集系统体积过大的问题。
文献[2]设计了一个以4-RF频带天线为接收天线的射频能量收集系统，该系统同时从GSM900（全球移动通信系统）、GSM1800、UMTS（全球移动通信系统）和WiFi频段获取能量，在4个射频波段均匀分布的10dBm累计输入功率下，能量转换效率为62%，在5.8dBm时达到84%，但是该系统的天线体积过大的问题仍然存在。
一些最近的非常先进的研究[3-6]，采用CMOS的方案进行射频能量收集系统的设计；文献[7]已经实现在输入功率1MW的情况下转换效率高达74%，通过从外部给所述电路供电，并在CMOS配置中使用自体偏置技术来改变阈值电压并更快地打开晶体管，然而，在整流电路中已经达到高效率的方案没有使用真正的无源配置。
射频能量算法
射频能量算法射频能量算法是一种通过无线射频信号传输能量的同时，实现数据传输的技术。
近年来，随着物联网、智能家居等领域的快速发展，射频能量算法得到了广泛关注和应用。
一、射频能量算法简介射频能量算法起源于无线能量传输技术，它通过调整无线射频信号的幅度、频率和相位等参数，实现能量和数据的同步传输。
与传统的无线通信技术相比，射频能量算法具有更高的传输效率和更好的安全性。
二、射频能量算法原理射频能量算法的原理可以分为以下几个部分：1.射频信号生成：发射端产生射频信号，通过空气传播到达接收端。
2.能量提取：接收端利用射频信号的振幅、频率和相位等信息，提取出能量。
3.数据调制与解调：发射端和接收端对射频信号进行调制和解调，实现数据传输。
4.数据解码与处理：接收端对传输的数据进行解码和处理，实现数据的有效传输。
三、射频能量算法应用射频能量算法在许多领域得到了广泛应用，如无线充电、物联网、智能家居等。
在这些应用中，射频能量算法实现了无线能量传输与数据传输的同步，提高了系统的集成度和可靠性。
四、射频能量算法的发展趋势随着科技的不断发展，射频能量算法在以下几个方面有望取得进一步突破：1.传输效率的提高：通过优化射频信号的生成和传输方式，提高能量传输效率。
2.传输距离的拓展：研究新的调制和解调技术，提高射频信号的传输距离。
3.多用户接入：研究射频能量算法的多用户接入技术，实现多个用户的同时传输。
4.安全性增强：加强射频能量算法的信息安全保障，防止信号干扰和窃听。
五、射频能量算法的优缺点1.优点：- 传输效率高：射频能量算法在能量传输方面具有较高的效率。
- 安全性好：射频能量算法采用加密技术，具有良好的安全性。
- 集成度高：射频能量算法可实现无线能量传输与数据传输的同步，简化系统结构。
2.缺点：- 传输距离受限：射频信号在传输过程中会受到衰减和干扰，传输距离有限。
- 受环境因素影响：射频能量算法的性能受到环境因素（如温度、湿度等）的影响。
电磁能量收集技术现状及发展趋势
电磁能量收集技术现状及发展趋势一、本文概述随着科技的飞速发展，能源问题已成为全球关注的焦点。
电磁能量收集技术，作为一种新型能源利用方式，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文旨在全面概述电磁能量收集技术的当前发展状况，并探讨其未来的发展趋势。
我们将首先介绍电磁能量收集技术的基本原理和分类，然后详细分析各类电磁能量收集技术的优缺点，接着探讨其在实际应用中的挑战和前景，最后对电磁能量收集技术的发展趋势进行预测和展望。
通过本文的阐述，希望能为相关领域的研究者和从业者提供有价值的参考信息，推动电磁能量收集技术的进一步发展。
二、电磁能量收集技术基础电磁能量收集技术，也称为电磁能捕获或电磁能转换技术，是一种将环境中的电磁能转化为电能的技术。
其基础主要依赖于电磁感应和压电效应两种物理现象。
电磁感应是指当一个导体在变化的磁场中运动时，会在导体中产生电动势，从而产生电流。
而压电效应则是指某些材料在受到机械压力时，会产生电荷分离，从而产生电能。
电磁能量收集技术主要包括电磁振动能量收集、射频能量收集、静电能量收集等几种类型。
电磁振动能量收集主要利用环境中的机械振动转化为电能，例如利用桥梁、建筑物等基础设施的振动进行能量收集。
射频能量收集则是利用无线电波（如Wi-Fi、蜂窝网络等）中的射频能量进行收集，这种技术对于低功耗设备的无线供电具有重要意义。
静电能量收集则主要利用环境中的静电场进行能量收集，例如通过摩擦起电等方式。
电磁能量收集技术的核心在于能量转换效率，即能够将多少比例的环境电磁能转化为可用的电能。
电磁能量收集器的尺寸、重量、成本以及环境适应性等因素也是影响其应用的重要因素。
目前，电磁能量收集技术已经取得了显著的进展，尤其在微纳能源、物联网和可穿戴设备等领域的应用前景广阔。
随着科技的发展，电磁能量收集技术将会在能源转换、节能减排和环境保护等方面发挥更大的作用。
三、电磁能量收集技术的现状分析电磁能量收集技术，作为一种将环境中的电磁能转化为电能的技术，近年来得到了广泛的关注和研究。
射频识别技术在环保与能源管理中的应用案例
射频识别技术在环保与能源管理中的应用案例随着科技的不断发展，射频识别技术（RFID）在各个领域的应用越来越广泛，其中包括环保与能源管理。
射频识别技术通过无线电信号进行数据传输和识别，使得物体的追踪和管理变得更加高效和精确。
本文将介绍射频识别技术在环保与能源管理中的几个应用案例。
首先，射频识别技术在垃圾分类与回收领域具有重要的应用价值。
在许多城市，垃圾分类已经成为一项重要的环保任务。
通过在垃圾桶上安装射频识别芯片，可以实现对垃圾的自动分类和识别。
当垃圾被扔进垃圾桶时，射频识别芯片会自动读取垃圾的种类和重量，并将数据传输到后台系统中。
这样一来，垃圾分类员就可以更加准确地了解每个垃圾桶的垃圾种类和重量，从而更好地进行垃圾分类和回收工作。
其次，射频识别技术在能源管理中的应用也非常广泛。
例如，在工业生产中，通过在设备上安装射频识别标签，可以实现对设备的追踪和管理。
当设备发生故障或需要维修时，工作人员只需使用射频识别设备扫描设备上的标签，就可以快速获取设备的信息和维修记录。
这样一来，能够更加及时地进行设备维修和管理，提高生产效率和节约能源。
此外，射频识别技术还可以应用于智能家居领域，实现对家庭能源的智能管理。
通过在家电设备上安装射频识别标签，可以实现对家电的远程控制和监测。
例如，当家庭主人离开家时，可以通过手机应用程序关闭家中的电器设备，从而节约能源。
同时，射频识别技术还可以实现对家电设备的用电量监测和统计，帮助家庭主人了解自己的能源消耗情况，并提供相应的节能建议。
最后，射频识别技术在供应链管理中也有广泛的应用。
通过在产品上安装射频识别标签，可以实现对产品的追踪和管理。
在物流过程中，射频识别技术可以帮助企业实时掌握产品的位置和状态，提高物流效率和减少资源浪费。
同时，射频识别技术还可以帮助企业对产品进行溯源，确保产品的质量和安全。
总之，射频识别技术在环保与能源管理中具有广泛的应用前景。
通过射频识别技术，可以实现对垃圾的自动分类和回收、设备的追踪和管理、家庭能源的智能管理以及供应链的优化等。
射频微波基础知识
射频微波基础知识射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写：RF一、射频和微波技术基础知识1、什么是射频?射频(RF)是指无线通信系统中使用的电磁频率范围。
它涵盖了广泛的频率范围，通常从3kHz(千赫)到300GHz(千兆赫)。
射频信号的特点是能够长距离传播并穿过障碍物，这使其成为各种通信应用的理想选择。
2、微波频率微波是射频频率的一个子集，频率范围为300MHz(兆赫)到300GHz。
虽然微波仍然是像射频一样的电磁波，但它们具有更短的波长，这在特定应用中提供了某些优势，例如高数据传输速率和精确成像能力。
二、射频和微波技术的应用1、无线通信射频和微波技术最突出的应用之一是在无线通信系统中。
从简单的无线电传输到复杂的蜂窝网络，射频技术使移动设备上的语音通话、短信、互联网浏览和视频流成为可能。
此外，Wi-Fi网络、蓝牙连接和其他无线协议依赖RF信号进行无缝数据交换。
2、卫星通信卫星通信严重依赖微波频率。
地球静止轨道或近地轨道卫星利用微波远距离传输电视信号、互联网数据和电话，确保在传统通信基础设施有限，或无法使用的偏远地区实现全球连接。
3、雷达系统微波雷达系统对各种应用至关重要，包括空中交通管制、天气监测和军事防御。
雷达使用微波脉冲来探测物体的存在、距离和速度，从而进行精确的跟踪和分析。
4、医疗应用射频和微波技术在医学领域有着重要的应用，例如磁共振成像(MRI)和微波消融。
双频段环境射频能量采集系统的设计
电路与系统双频段环境射频能量采集系统的设计俞梦缘丨，温翱2,游彬1(1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018；2.杭州电子科技大学信息工程学院,浙江杭州310018)摘要：提出了一个基于GSM-1800和WiFi频段的环境射频能量采集系统。
该系统由双频圆极化天线、双频整流电路和负载组成。
圆极化天线的阻抗带宽为1GHz~2.6GHz,轴比带宽为1.78GHz~1.96GHz和2.37GHz~2.59GHz遥设计的双频整流器在1.825GHz单频输入10dBm的情况下，RF-DC最高效率为44%遥在2.45GHz输入功率为8dBm 情况下，RF-DC最高效率为49%遥在双频输入功率为7.5dBm时的最大RF-DC转换效率为53%，直流电压为1.73V。
将设计的双频带能量采集系统放在路由器和被拨打的手机附近，可点亮一个LED灯实现其能量采集功能。
关键词：圆极化；双频段；整流天线；环境能量采集中图分类号：TN710文献标识码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200997中文引用格式：俞梦缘,温翾,游彬.双频段环境射频能量采集系统的设计[J].电子技术应用,2021,47(5):122-125,130.英文弓I用格式：Yu Mengyuan,Wen Xuan,You Bin.Design of dual-band RF energy collection system in environment[J].Application of Electronic Technique,2021,47(5):122-125,130.Design of dual-band RF energy collection system in environmentYu Mengyuan1,Wen Xuan2,You Bin1(1.Electronic Information College,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou310018,China；rmation Engineering School,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou310018,China)Abstract:This paper proposed an environmental RF energy acquisition system based on GSM-1800and WiFi frequency bands. The system consists of a dual-frequency circularly polarized antenna,a dual-frequency rectifier circuit and a load.The impedance bandwidth of the circular polarization antenna is1GHz~2.6GHz,and the axial ratio bandwidth is 1.78GHz~1.96GHz and2.37GHz~ 2.59GHz.The designed dual-frequency rectifier has a maximum RF-DC efficiency of44%when the 1.825GHz single-frequency input is10dBm.In the case of2.45GHz input power of8dBm,the highest RF-DC efficiency is49%.When the dual-frequency input power is7.5dBm,the maximum RF-DC conversion efficiency is53%and the DC voltage is 1.73V.Placing the designed dual-band energy harvesting system near the router and the phone being called,an LED light can be lit to realize its energy harvesting function.Key words:circular polarization；dual-band；rectenna；environmental energy harvesting0引言环境射频能量收集是一种为物联网(IoT)中使用的设备供电的潜在应用,这可能有助于实现如医疗、保健、环境和基础设施管理［1-2」。
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由于输入电压调整 方案耗能较大，未 来将会朝着模拟等 效电阻方案进行研 究，这取决于整流 器的输出特性。
4
目前多数文献中， 系统只能收集到 950MHz能量，能 同时收集多个频段 的系统尚未找到。 双频天线匹配后等 效模型仍未找到。
非常感谢
201 6.1 2.1 2
The MPPT OF RF Energy Harvesting
指导老师： 报告人： 日期： 201 6.1 2.1 2
01
RF能量收集系统中的 两种拓扑结构
目录
CONTENTS
RF 能量收集系统模型 RF 整流器输出模型 输入电压调整方案 模拟等效电阻方案
RF 能量收集系统模型
Rectifier
模拟等效电阻方案
Requ
Vo
Φ1 Remu Co
L
Φ2
DC
பைடு நூலகம்
Vs
Φ2
Φ1
Csto
整流器
Vo OSC
Φ1 Φ2
根据整流器的输出特性，可以观察到当整流器的负载电阻为1KΩ左右时，可以达到MPPT。 为了简化电路，固定DCDC开关的频率，使得DCDC输入端等效成电阻1KΩ，从而达到 MPPT。
02
输入电压调整方案 下的仿真
整流器负载电阻Ω
输入电压调整方案
Requ
Vo
Φ1
L
Φ2
DC
Vs
Co
整流器
Φ2
DCDC电路
Φ1
Csto
该电路图中，Vs 为整流器输出等 效电压，Requ为 整流器的等效输 出电阻。
Vo 0.5Vs
1 0
Ctr
+ -
Φ1 DCO Φ2
输入电压调整方案：整流器等效成电源。通过控制DCDC的开关，使得DCDC输入电压Vo等于整流器输 出电压的0.5 倍，此时，实现MPPT。当Vs发生变化时，DCDC的开关频率做相应变化，调整Vo的大小。
Ctr=Ctr
Ctr=Ctr-1
Adjusting Frequency of DCO
Controller波形图
从控制器的波形图中可以发现控制器的算法得以实现。
面临的问题以及以后研究方向
传统应用于太阳能、 风能以及压电能的 MPPT方法由于功耗 大，不适用于RF能 量收集。
1 3
2
输入电压调整往往 应用在压电能和热 电能收集系统，RF 能量收集系统也有 用，但是比较少。
yes
Vo>0.5Vs
no
Ctr==2 -1 no Ctr=Ctr+1
N
yes
yes
Ctr==0 no
控制器算法： 当DCDC输入电压Vo高于采样 到的电压0.5Vs，则增加 DCDC开关频率，使得Vo降低。 当DCDC输入电压Vo低于采样 到的电压0.5Vs，则降低 DCDC开关频率，使得Vo升高。
输入电压采样电路
输入电压采样电路实现获取整流器输出电压Vs的二分之一，得到参考电压0.5Vs。
由图可知，当Vs为602mV时，已经可以采样到300mV的0.5Vs。由此可见，该电路实现了采样功能。
Controller
Initial N=5 Ctr=2N-1
Sampling 0.5Vs and Vo
Power Converter
Battery
Controller
MPPT是由Controller完成。目前面临Controller的控制模式选择问题。
RF 整流器输出曲线
整 流 器 输 出 功 率
600 400 200
输入功 率密度 (μW/cm2) 70 50 30 0 1K 2K 3K
(μ W)