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射頻/無線  

從接收到傳輸:談射頻能量採集系統應用變革

上網時間: 2010年11月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:射頻  能量採集  RF  接收器  晶體收音機 

作者:施維柏

基於射頻(RF)的能量採集並不是一個新想法。我並不是指Nicolai Tesla以無線方式為照明、馬達和其它更高功率的應用從高塔傳輸功率的嘗試令人沮喪,而是因為在無線電最早出現的20世紀初,接收器完全是由RF供電的。這種接收器被稱為晶體收音機。

晶體收音機的電路簡單,所用的元件也不多──只需要一條長導線天線、一個由繞線紙筒構成的調諧器線圈、一塊晶體、一只電容器和一個頭戴式聽筒,僅此而已。把這些元件全部組裝在一塊真的麵包板上──這種麵包板原先真的是用於切麵包的一塊木板。它完全不需要電池,所有的作業功率由接收到的RF訊號供應。

現在仍然能夠製作出這樣的收音機。只需利用一個封裝的二極體,而不必再使用無線電先驅者們被迫使用的一大塊晶體(通常是方鉛礦);對於有抱負的工程師而言,這是一個很好的入門計劃,而且它甚至還可觸及一點‘神奇’色彩呢!(在網路上搜索‘crystal radio plans’,即可看到數千條鏈接;你可以從中任選一個製作方案,休可以去找一本1940年代或更早以前出版的電氣或電子入門教材,其中介紹了一些製作方案,這些書在美國許多圖書館中仍可找到。)

現在,要製作這樣的收音機所面臨的挑戰在於不容易找到具有1,000Ω∼2,000Ω高阻抗的聽筒,因為時下可見的大多數頭戴式聽筒的阻抗為8Ω∼32Ω。(如果你不知道為什麼頭戴式聽筒需要高阻抗,請復習一下類比電路的基礎知識。)

因此,射頻能量採集不是一個新概念,但昔時的晶體收音機所實現的採集與今日系統中的採集存在著重大差異。這並不是說今天的電路更複雜,也不是指我們使用電池或超級電容器來儲存一部份所採集的能量。真正的差別是晶體收音機把所採集的能量用於接收,而今大多數的能量採集系統用採集到的能量來進行傳輸(但不僅限於感測器數據,也常常存在於聯網的系統中)。這顯示在所採集能量的利用上出現了根本性的變化,而且,我們也可以先儲存這些能量以便日後偶爾需要大量傳輸時使用,這與晶體收音機接收器所需的連續工作方式不同。

值得一提的是,在製作了幾個晶體收音機並仔細琢磨之後,我理解了‘封包檢測’的概念,以及電路中使用二極體和電容器實現AM解調的原理。但一直到數年以後,當我更能理解電路之後,才終於明白另一種理解封包檢測功能的方式是把它看成一款峰值檢測電路,其上升/下降時間常數的合理設定是使之可擷取訊號峰值(即載波‘封包’)而對頻率極高的載波沒有反應。我終於徹底弄懂了。





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