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))
，完全可以讓低功耗電子器件正常工作。在這些微功率能源中，來自射頻發射器的能量具有獨特的優勢，包括隨距離變化可預測和一致的功率，允許能量采集器遠離能源的束縛。

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wei4W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)的de定ding向xiang天tian線xian。在zai移yi動dong電dian話hua領ling域yu的de應ying用yong前qian景jing是shi能neng夠gou收shou集ji足zu夠gou多duo的de環huan境jing射she頻pin能neng量liang來lai與yu移yi動dong手shou機ji的de待dai機ji功gong耗hao相xiang匹pi配pei。如ru果guo可ke能neng的de話hua
，那na麼me移yi動dong電dian話hua將jiang具ju有you連lian續xu的de待dai機ji能neng力li

，而er不bu僅jin僅jin是shi幾ji天tian時shi間jian。雖sui然ran這zhe種zhong特te殊shu應ying用yong目mu前qian還hai不bu實shi用yong
，但dan許xu多duo係xi統tong級ji要yao素su的de彙hui集ji正zheng在zai推tui動dong適shi合he其qi它ta應ying用yong的de環huan境jing射she頻pin能neng量liang采cai集ji方fang案an。這zhe些xie要yao素su包bao括kuo低di功gong耗hao元yuan件jian不bu斷duan普pu及ji、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。

諸zhu如ru微wei控kong製zhi器qi等deng低di功gong耗hao電dian子zi元yuan件jian的de製zhi造zao商shang正zheng在zai不bu遺yi餘yu力li地di降jiang低di元yuan件jian功gong耗hao，同tong時shi提ti高gao性xing能neng。來lai自zi這zhe些xie公gong司si的de數shu據ju手shou冊ce和he其qi它ta行xing銷xiao廣guang告gao都dou在zai有you意yi宣xuan傳chuan幾ji個ge納na安an級ji的de待dai機ji電dian流liu

，以yi及ji能neng夠gou從cong電dian壓ya不bu到dao1V的電池進行升壓的片上DC/DC轉換器。其它元件(如傳感器等)beiyuelaiyueduodishejichengyouzhuyujiangdizongtixitonggonghaodewuyuanqijian。zheduiwudianchishebeilaishuoyouqizhongyao。tongguochongfendeshishinengliangcaiji
，wudianchishebeikeyilianxuyunzhuan

，danruguonengliangtaidi，jiubixuxianchucunqilai
，zhidaozugouweichiyicigongzuozhouqi。suizheyuanjiangonglvshuipingdejiangdi
，younengliangcaijijishugongdiandexitongkeyigongzuodegengjiapinfan。

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OEM設(she)備(bei)的(de)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。能(neng)夠(gou)適(shi)應(ying)多(duo)頻(pin)帶(dai)或(huo)寬(kuan)帶(dai)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)並(bing)且(qie)支(zhi)持(chi)自(zi)動(dong)頻(pin)率(lv)調(tiao)諧(xie)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)電(dian)能(neng)
，也(ye)因(yin)此(ci)能(neng)擴(kuo)展(zhan)移(yi)動(dong)性(xing)，簡(jian)化(hua)安(an)裝(zhuang)。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。
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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。


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)。


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。

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