【摘要】：隨著物聯(lián)網的快速發(fā)展,有關于物聯(lián)網的無線傳感網也正在快速地發(fā)展,其中,自供電傳感器和能量收集技術的報道也相繼出現。目前,物聯(lián)網中的射頻收發(fā)組件正面臨著供電和散熱等重大技術問題。研究發(fā)現,物聯(lián)網射頻收發(fā)組件中的發(fā)射模塊大約有70%以上的功率以熱能的形式耗散到了環(huán)境中,而最常用的供電技術則為不便更換且容量有限的鋰電池技術。本文從物聯(lián)網中射頻收發(fā)組件的功率放大器存在大量熱耗損出發(fā),結合傳統(tǒng)電池容量有限且更換不便的特點,設計了單片集成的熱電光電能量收集器用于收集環(huán)境中的光能和功放產生的廢熱,得到的綠色電能通過能源管理電路實現穩(wěn)定輸出,用來為無線傳感網等低功耗模塊供電�；谏鲜霰尘�,本文提出了物聯(lián)網射頻收發(fā)組件中自供電LDMOS功率放大器,并將本文主要分為兩大部分。第一部分是關于功率放大器及LDMOS的研究,功率放大器主要是根據設計要求,在ADS軟件下進行仿真設計與優(yōu)化分析,最后仿真優(yōu)化得到,在輸入功率為23dBm時,2dB壓縮點的輸出功率為40.5dBm,功率附加效率PAE為51%,功率增益在17dB以上。而帶有熱電轉換功能的LDMOS器件則是在傳統(tǒng)器件中制備熱電偶,仿真得到熱電偶可以實現20K的溫差,根據理論計算可以實現微瓦量級的功率輸出。第二部分是關于熱電-光電單片集成的能量收集器的研究,熱電部分主要從基礎理論出發(fā),在建立熱學和電學的等效模型的基礎上,進行了ANSYS仿真優(yōu)化設計及結果分析論證,最后仿真得到了0.48V的輸出電壓以及6.63A/mm~2的電流密度。光電池部分則是在TCAD仿真軟件的幫助下,進行了相關的工藝及器件性能的設計與優(yōu)化,最終仿真得到光電池的短路電流密度為41.31mA/cm~2,開路電壓為0.73V。本文的創(chuàng)新之處在于從物聯(lián)網中的射頻收發(fā)組件所存在的熱耗損問題出發(fā),結合MEMS的技術特點,提出了帶有熱電轉換功能的LDMOS功率放大器,以及單片集成的熱電光電能量收集器。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN722.75;TP212.9;TN929.5
【圖文】：

LDMOS器件的示意圖

闡述了從蜂窩到WiMAX頻率的基礎設施市場中，RF-LDMOS作為主要的射頻功率器件技術的幾個因素是其高性能，低成本和優(yōu)異的可靠性。圖1-2 應用于5G的12/25W的寬帶LDMOS功率放大器X.H團隊發(fā)表了” 12/25W Wideband LDMOS Power Amplifier IC (3400-3800MHz) For 5G BaseStation Applications.”，介紹了采用最新的LDMOS技術的寬帶2級功率放大器的設計。該功放可輕松適用于12W和25W應用，可用作驅動級或Doherty PA。對于作為驅動級放大器，證明在3200-4000 MHz頻率范圍內表現出非常平坦的性能，在AB類中具有高增益，良好的線性度和高效率性能。線性增益優(yōu)于27 dB，兩種版本的P3dB分別為42.8 dBm和45.5 dBm。在P3dB時，效率仍然優(yōu)于54％。作為DohertyPA時

其突出特點為薄膜熱電材料，每一對熱電偶可以輸出1uW的電能。斯圖加特大學同樣選擇了平面型結構，通過襯底的側面施加溫度，實現了溫差10K下輸出1.5uW的功率。圖1-3 平面型熱電發(fā)電器(in-plane type TEG)E.T.Topal小組在2010年的ICEAC上發(fā)表了“Thin Film Thermoelectric Energy Harvesters for MEMSMicropower Generation”,該報道采用了平面型結構，即其電流方向和熱流方向均平行于襯底。當所提供的溫度差為50K時，使用鉻和鎳作為熱電堆材料獲得12uW/cm2的功率密度，使用n和p摻雜的硅可以達到高達140uW/cm2的功率密度[32]。圖1-4 垂直型熱電發(fā)電器(cross-plane type TEG)M.Strasser小組在Sensors and Actuators上發(fā)表了“Micromachined CMOS thermoelectric generatorsas on-chip power supply”，該報道采用了垂直型結構，即其電流方向和熱流方向均垂直于襯底。在負載匹配的情況下，在大約5K的溫差下，用1cm2的熱電發(fā)電機可以實現5V的電壓和1uW的電功率輸出[33]。隨著 MEMS 技術近年來的飛速發(fā)展和高性能薄膜熱電材料的出現[34]，微型熱電發(fā)電機變得越來越流行

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

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本文編號：2780894