由于無線通信的普及，環境射頻能量的可用性為許多低功耗設計提供了越來越有吸引力的電源。射頻能量收集為許多應用提供了顯著的優勢，但它需要仔細關注關鍵部件，包括接收線圈和這種方法所需的功率調節電路。對于工程師而言，得益于各種制造商提供的可用元件和IC，包括Intersil，Linear Technology，ROHM Semiconductor，STMicroelectronics，Texas Instruments和Vishay Dale等，高效的RF能量采集設計變得更加簡單。

射頻能源比比皆是，并有望擴大，因為消費者和工業市場削減了電力線，并且更加依賴無線技術來實現從短距離到長距離的各種通信。除了無處不在的Wi-Fi信號源外，工程師還可以找到射頻能源，包括藍牙和ZigBee等短距離技術，以及蜂窩服務背后的各種遠程技術。

隨著可用性的增長，RF能量收集為系統設計本身帶來了多重好處。除了減少布線和布線要求外，由環境射頻能量驅動的設計可以完全密封并防止受到環境條件和危險材料的影響。減少維護要求不僅提供了自身的優點，而且還允許工程師將系統放置在難以到達的位置或者遭受其他環境能源（例如光，溫度或振動）的可用性降低的位置。對于網狀網絡，例如物聯網（IoT）中設想的網狀網絡，工程師可以將RF能量采集與復雜的設備到設備通信結合起來，使用每個設備對RF源進行環境反向散射調制。

收獲能源至少需要幾個基本組件，包括能源傳感器，整流器，存儲和輸出穩壓器（圖1）。對于RF能量收集，接收線圈用作能量源，響應于與RF發射器的電磁耦合而產生電壓。與一般的能量收集一樣，RF能量收集的挑戰在于在給定的環境能量水平下使傳感器（這里是接收線圈）的輸出最大化。

圖1：能量采集器電路通常對由傳感器收集的環境能量的電壓輸出進行整流。大多數應用需要一種方法來存儲產生的能量并調節輸出到負載的電壓輸出（由Linear Technology提供）。

通過RF能量收集，工程師在確保最大能量輸出方面面臨著獨特的挑戰。從根本上講，工程師必須應對微弱的環境射頻源。盡管RF能量的形式滲透到大多數封閉區域，但它們的水平通常低于工程師預期的替代環境源（圖2）。

圖2：雖然越來越普遍，但Wi-Fi和蜂窩GSM等環境射頻源通常比其他來源的效率更高，但通常會導致收集功率降低（德州儀器公司提供）。

射頻發射器通信通常受限于它們可以輻射的功率量。此外，對于給定的無線電源，接收天線的功率隨著距離的變化而下降，如Friis傳輸方程所預測的那樣：

在此環境中接收天線的設計在最大化能量收集效率方面起著關鍵作用。雖然接收天線可以蝕刻到印刷電路板上，但工程師可以找到專門為此任務設計的可用接收線圈組件。與同類產品中的許多此類設備一樣，Vishay Dale 48 mm x 32 mm IWAS-3827EC-50接收線圈（圖3）具有低直流電阻（200mΩ）和電感（9.7μH）。這些接收線圈針對無線電源應用進行了優化，通常具有高磁導率屏蔽，可用于阻止來自其他電路元件的充電通量。

圖3：接收線圈，如Vishay Dale IWAS-3827EC-50，針對無線電源應用進行了優化，并采用屏蔽功能來保護相鄰的電子設備（由Vishay Dale提供）。

產生最大電壓通過線圈，工程師通常會并聯一個電容器，以形成一個調諧到最高功率RF信號頻率的諧振電路。經過適當調整并與負載匹配，該諧振電路的輸出將代表最佳射頻源的最佳可能輸出。

使用射頻能量為應用電路供電通常需要一個功率級來驅動負載或者為諸如超級電容器或薄膜電池的能量存儲裝置充電。過去，希望實施RF能量收集的工程師需要設計一個定制功率級，其中至少包括一個整流器，如ROHM Semiconductor FMN1或ROHM FMP1等等。此外，功率級通常需要在負載使用之前使用DC/DC升壓轉換器（例如Intersil ISL9111或Linear Technology LTC3429）來提升整流電壓輸出，或者為存儲設備充電。

在輸入端，M24LR16E-R提供兩個引腳用于接收RF輸入線圈。除了支持輸出端的NFC/RFID應用功能外，該器件還提供專用的Vout模擬引腳。當以編程方式設置為能量收集模式時，設備使用Vout輸出設備從RF場捕獲的多余能量。上電Vout僅限于確保M24LR16E-R具有足夠的內部功率，但這種剩余功率足以驅動各種低功率應用電路。工程師可以使用ST的ROBOT-M24LR16E-A評估板探索器件的能量收集模式，該評估板包括蝕刻感應天線，M24LR16E-R IC，PC連接器和相關組件。

對無線電源的興趣增加無線充電應用也推動了IC的出現，能夠滿足更普通的RF能量收集的需求。德州儀器（TI）BQ51221旨在支持無線電源協議，但具有更通用的RF能量收集設計所需的全功率調節路徑（圖4）。該IC集成效率為79％，集成了效率為96％的同步整流器和效率為97％的穩壓器。

圖4：德克薩斯州儀器BQ51221無線電源接收器提供更通用的RF能量收集應用所需的電源調節功能（德州儀器公司提供）。

結論

移動系統和無線技術快速增長智能傳感器繼續推動所有形式的無線通信的爆炸性增長，從而導致環境射頻能量的近乎普遍的可用性。對于工程師而言，射頻能量收集為提供低功耗設計提供了越來越有利的選擇，例如無線傳感器和為物聯網構建的其他設備。使用可用組件，工程師可以輕松構建能夠收集RF能量的電路;但無線電源IC的日益普及為任何低功耗設計中的射頻能量收集提供了現成的解決方案。