大多數那些應用也需要一顆微小的電池來(lái)儲存采集到的電能，并釋出儲存的能量做為電子組件的運作電源；依據設計以及使用情境，這類(lèi)能量采集設備的尺寸可能會(huì )相當小──約只有幾公分大，或者更大一點(diǎn)。

 

筆者看過(guò)不少能量采集設備的設計，很多都十分創(chuàng )新也很有趣；其中有一個(gè)我認為特別與眾不同的，是荷蘭恩荷芬理工大學(xué)(University of Eindhoven；通常簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)U/e)所開(kāi)發(fā)，利用無(wú)線(xiàn)電波供電、號稱(chēng)“世界最小”的溫度傳感器。這是無(wú)一款無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，完全藉由來(lái)自與其關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)電波供電。

 

這種自供電IC尺寸只有2×2 mm、重量不到2毫克(milligram)；如下圖所示。其RF有效距離為2.5公分，研究人員預計一年之內能將之擴展到1公尺，最終則希望達到約5公尺──這是一個(gè)遠大目標，因為這能讓RF除了扮演電源角色，也是數據傳輸接口。

 

自供電的THz頻段溫度傳感器不需要電池或超級電容，能傳輸幾公分之內的溫度讀數 （來(lái)源：University of Eindhoven, the Netherlands）

 

雖然這并不是全新概念，但有兩個(gè)有趣的部份；首先在Terahertz (THz)頻段運作，而且能透過(guò)變化載波頻率來(lái)傳遞溫度感測數值；該技術(shù)論文的作者有一份詳細的簡(jiǎn)報，題為“利用毫米波傳輸數據與電力的小型溫度傳感器”(Small Temperature Sensor Using mm-wave data and power transfer)，內容相當豐富，有電路圖、照片以及性能圖表。

 

新聞稿指出，該傳感器有一種專(zhuān)門(mén)打造的路由器，配備天線(xiàn)以傳送無(wú)線(xiàn)電波為傳感器供電；這種傳感器內含天線(xiàn)，能從路由器擷取能量。傳感器會(huì )儲存能量，當能量足夠時(shí)傳感器就會(huì )開(kāi)啟，量測溫度并傳送一個(gè)信號至路由器；該信號擁有稍微特別的頻率，取決于所量測到的溫度。路由器則能由該特別的頻率推斷出溫度，如下圖所示。

 

傳感器內的THz頻率輸出變化與溫度的對比，利用載波位移與溫度的對比；這是大多數工程師會(huì )嘗試避免的參數變化 （來(lái)源：University of Eindhoven, the Netherlands）

 

利用這種溫度對頻率模式本身并非新概念，因為V/F (voltage-to-frequenc) A/D轉換器已經(jīng)存在一段時(shí)間，甚至有專(zhuān)門(mén)設計以表現這種特定A/D轉換的IC。不過(guò)通常這種V/F轉換是在基頻或是非常低的頻率，能利用簡(jiǎn)單的定時(shí)器(timer)而非THz載波調變，大幅簡(jiǎn)化頻率量測。

 

這么做似乎有點(diǎn)大膽，因為要量測甚至是基本參數都會(huì )是個(gè)挑戰；因為操作點(diǎn)(在這個(gè)案例中是載波頻率)的溫度偏移，這種方法也會(huì )與低溫度系數(temperature coefficient，tempo)的一般需求不符，通常會(huì )被認為是一種必須修剪、校正或是在某種程度上被補償的問(wèn)題。而在這里卻被用來(lái)做為傳遞信息的一種方式。

 

這種方法會(huì )被廣泛接受嗎？我真的不知道，但我確實(shí)覺(jué)得這很聰明、值得玩味，也顯示這應該是個(gè)熟悉利用THz頻段的好點(diǎn)子，因為它本身同時(shí)提供了全新的解決方案途徑，也帶來(lái)嚴峻的技術(shù)挑戰。

 

THz頻段有時(shí)被稱(chēng)為次毫米波，介于微波以及紅外線(xiàn)輻射之間，跨越0.3~3THz (0.3THz的較低頻段邊緣也被稱(chēng)為300GHz，利用更為大眾熟悉的名詞)；該頻段在感測情境方面具備龐大潛力，但在實(shí)際進(jìn)展上仍有一些困難(參考IEEE期刊的一篇文章，解釋了這個(gè)頻段的一些基礎物理特性、創(chuàng )新潛力，以及在實(shí)際應用上的困難)。

 

你認為像這種THz頻段溫度傳感器的自供電感測組件是可行方案嗎？THz頻段是否為下一個(gè)準備好成為RF探勘與開(kāi)采的重要領(lǐng)域？歡迎討論！

 

本文轉載自電子工程專(zhuān)輯。

 

 

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