“隐形资源”环境射频有望成为新的绿色能源？纳米自旋整流器或助力

近距离无线充电在生活中很常见，但健康环境监测、物联网等场景需要传感器和其他电子产品进行远距离无线充电。在此之前，这需要一个特殊的功率发射设备，但是最近发表在《自然电子学》中。（Nature Electronics）在一篇论文中，研究人员开发了能量纳米自旋整流器，可以从环境射频信号中收集能量。（spin rectifers）。

这类纳米自旋整流器可以使用Wi-Fi、对于未来可持续电子产品的供电方式，5G等射频信号转化为DC电压，并首次在低功率环境下高效运行，具有重要意义。

大规模传感器和物联网设备网络中存在大量的环境射频能量。这些能量可以收集并转化为DC电源供电。与太阳能、热能、风能等其他能源相比，射频能量具有全天候可用、易于获取的优点，可以与小型无线传感器网络集成，减少电子产品的碳足迹。

但是，环境中的射频能量较弱。甚至是最丰富的射频能源 2.4 GHz频段无线网络标准，射频功率水平环境可用（P rf）也低于-20 dBm，这种情况对射频整流器的电磁能量收集效率提出了很高的要求。

射频能量收集模块（EHM）它由接收天线、整流器、能量管理功能和使用收集的DC电源的负荷组成。其中，整流器决定了整体效率，是重要组成部分。然而，由于热学极限和高频寄生阻抗，传统的千兆赫肖特基二极管整流器的转换效率已经停止了几十年。

EHM供电示意图。

自旋整流天线由新加坡国立大学团队领导开发（SR rectenna）更好地填补了以前射频整流器的不足。该设备的射频功率水平大于-62。 低于-20的dBm DBm可靠地工作，促使自旋整流天线能在较弱的环境条件下保持敏感。另外，在零偏置和零磁场下，自旋整流天线的射频功率为-55。 dBm和-40 在dBm中，每个人显示大约3800mV/mW和2200。 mV/mW的最大灵敏度超过了最先进的零偏置肖特基二极管。

旋转整流天线的性能。

研究小组还进一步开发了基于芯片共面波导的自旋整流器阵型。（SR array）。这类阵型的性能取决于各种磁类型的电压控制。（VCMA）驱动的自参数鼓励，降低了宽带整流响应激励的阀值，使其具有约345000 mV在低功率环境下，/mW较大的零偏置灵敏度和7.81%的高转换效率解决了传统自旋整流器效率低下的问题。

自旋式整流器阵型可以集成到射频能量收集模块中，用于宽带整流和电子产品供电。旋转式整流器阵型的信噪比（SNR）以及噪声等效功率（NEP）在嘈杂环境下，性能适用于低微波功率检测器；另外，自旋整流器阵型可在-27 在DBm的射频功率下，无线为传感器供电，在关闭无线源后，自旋整流器阵型可使1.2。 1.6温度传感器和 V型发光二极管（LED）每个人都保持开启状态约50秒和30秒，在不连续的射频环境中展现良好的发展前景。

来自SR阵型的EHM示意图和峰值整流电压。

“我们的研究结果表明，旋转式整流器技术容易集成和扩展，有利于开发各种低功率射频和通信应用的大型旋转式整流器阵型。通过使用这种基于人工智能的方法，物联网设备的能效可以提高40%。”领导该项目的新加坡国立大学教授Yang Hyunsoo说。

目前，研究小组已经成功使用自旋整流器为商用温度传感器供电。下一步，研究人员也希望与工业和学术界的其他团队合作，推动包括自旋整流器在内的自持智能系统的发展。如果这项技术成熟并投入使用，环境射频可以成为新的绿色替代能源。

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