基于环境电磁波的无线传感器节点供电设计

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　　本文研究了一种环境电波能源获取技术，提出了收集环境中杂散电磁波对无线传感器节点进行供电的一种新方案。空间环境中广播电视塔、无线通讯设备、移动基站等几乎全天候辐射电磁波，专业功放电路图因此环境电磁波能源有较好的空间分布性和稳定来源，特别是广播电视塔、移动基站等，辐射功率较大。2010年，日本的Hiroshi Nishimoto尝试收集电视信号能量给WSN供电，在距东京电视塔4 km处收集到15——20μW的能量，并在为期7天的测试中证明了电视信号能量的稳定性。D.Bouchouicha测试了城市环境中0.68——3.6 GHz之间的频谱图，并利用螺旋天线在一个WiFi基站附近收集到200 mV的输出电压。虽然大功率发射源扩展了环境电磁波供电的传感器节点的工作范围，但在环境电磁波较弱的区域如何有效收集能量，并把微弱能量转换升压以保障节点正常工作成为应用的一大难点。

　　本文研究利用环境AM电波为无线传感器节点工作方案的可行性，设计了相应的电源管理电路，使节点在环境电磁波较少的区域也能保持工作。此外对电磁波能源的稳定性、有效工作范围和传感器节点的性能进行了相关测试和分析。

　　1 环境电磁波能量收集方案

　　1.1 环境电磁波频谱能量测量分析

　　环境中充满各种频段的电磁波，如数百kHz的AM广播信号，几十MHz的FM广播信号，数百MHz的TV信号，约900 MHz和1 800 MHz的GSM信号，2.4 GHz的ISM信号等，能量收集的第一步就是分析测量空间电磁波的分布情况，选择其中空间辐射场强较大的波段进行接收，从而提取较大的稳定能量。以所处环境为例，测试了天线架设处的环境电磁波频谱能量分布图，结果如图1所示。图中反映出有几个峰值点。对功率较大的AM频段进一步测试，结果如图2所示，可以选取能量最大的频段为能量获取信号源，如810 kHz的AM电波，测试点距中波发射台8km，发射功率10 kW。