利用环境电磁波为无线传感器节点供电新方案

电能搜集天线需要高增益、等效接收面积大、较宽的频带，传统天线形式难以适应。拟收集的810 kHz AM电波波长为370 m，为与接收波长相比拟，天线最佳接收长度需达到数百米，实现困难。文中采用了接地的L型天线，长度为10 m，距地2 m，在天线末端加可调电感将天线调谐到最佳接收频率，得到最大输出功率。10 m虽然未达到最佳接收长度，但通过调谐，最大输出功率可达85μW。该天线的不足是必须接地，但实际研究发现，一些不接地的导体也可以当作天线，只要面积足够大，例如铁柜、铝合金窗、楼顶水箱等。
为使接受到的信号能量驱动传感器节点工作必须进行整流放大。天线接受的电能在μV～mV量级，对后续整流、升压、储能及电源管理都提出了挑战。其中电路中的开关、整流器等自身的损耗不可避免。
文中采用倍压电路将电压放大。倍压电路级数增加可以增大输出电压，但电流却相应减小，此外，随着级数增加，所使用的二极管增多，电路功率损耗增大。因此要选择功率损耗最小且输出电压足够节点工作的倍压级数。不同倍压级数情况下的电压与功率关系如图4所示。一般无线传感器节点的工作电压为2～3 V，因此选择一级倍压可达到要求。

2 低功耗唤醒功能的电源管理电路
为使传感器节点在环境电磁波能量较少的地区也能工作，进一步降低传感器节点的功耗要求，研究了睡眠／唤醒机制，设计了有定时唤醒功能的电源管理电路。电源管理电路控制节点的工作和休眠状态，电源管理电路由储能电容和电压侦测电路构成，如图5所示。

其中，储能电容由1 000μF的钽电容构成，电压侦测电路由MCU的AD和MOS管等构成。S1闭合，能量收集系统开始对储能电容充电。S2先打在下方，起限压充电作用。当LED亮时，储能电容两端电压约为3．4 V，此时可把S2打到上方，使节点进入定时唤醒工作状态。