(57)【要約】  本発明は電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置を提供する。該装置は少なくとも１つのＲＦマイクロ波エネルギー変換部品を含み、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品は第１磁性層、非磁性の空間層及びエネルギー変換層を含み、前記第１磁性層はＲＦマイクロ波信号受信部品に接続され、エネルギー変換層はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の上下両端に正負電荷を蓄積し、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現する。従来技術に比べると、構造が簡単であり、サイズが小さく、動作周波数が広いなどの特徴を有する。
2020508025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置であって、
該装置は少なくとも１つのＲＦマイクロ波エネルギー変換部品を含み、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品は第１磁性層、非磁性の空間層及びエネルギー変換層を含み、前記第１磁性層はＲＦマイクロ波信号受信部品に接続され、エネルギー変換層はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の上下両端に正負電荷を蓄積し、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現する、
ことを特徴とする電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項２】
前記空間層は第１磁性層に設けられ、エネルギー変換層は空間層に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項３】
前記第１磁性層は反強磁性層、反強磁性層に設けられた少なくとも２層の第２磁性層及び隣接する２層の第２磁性層の間に設けられた金属層を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項４】
前記第１磁性層は少なくとも２層設けられ、エネルギー変換層は２層の第１磁性層の間に設けられ、前記空間層は第１磁性層とエネルギー変換層との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項５】
前記エネルギー変換層が少なくとも２層設けられ、隣接する２層のエネルギー変換層の間には空間層が設けられている、
ことを特徴とする請求項４に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項６】
前記空間層は金属又は絶縁材料で製造される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項７】
前記空間層が金属材料である時、金属材料は銅又は銀のうちの１種であり、空間層が絶縁材料である時、絶縁材料は酸化マグネシウム又は酸化アルミニウムのうちの１種である、
ことを特徴とする請求項６に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項８】
前記空間層が金属材料で製造される時、空間層の厚さは０．５ｎｍ〜５ｎｍであり、前記空間層が絶縁材料で製造される時、空間層の厚さは０．５ｎｍ〜３ｎｍである、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項９】
前記エネルギー変換層は磁性材料で製造され、磁性材料はＮｉＦｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、ＣｏＦｅＳｉＢ及びＴｅＦｅＣｏＡｌのうちの少なくとも１種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【請求項１０】
前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品が２つ以上設けられ、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の間は直列接続又は並列接続の方式により接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＲＦマイクロ波エネルギー収集技術に関し、特に電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模な集積回路製造技術及び超精密加工技術の迅速な発展に伴い、微小無線センサ及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は既に工業、農業、軍事、航空宇宙、医学、環境モニタリング及び家庭サービスなどの様々な分野に幅広く応用されている。現在、無線センサネットワーク及びＭＥＭＳシステムは電池又はケーブルにより給電されている。しかし、例えば野外に取付けられた分散している無線センサのような一部の応用状況において、電池又はケーブルによる供給は非現実的である。電池により給電される場合でも、定期的な大規模交換も非常に困難である。従って、エネルギー供給は現在の無線センサ及びＭＥＭＳシステムの解決しようとする重要な問題である。
【０００３】
現在、例えば携帯式電子製品の幅広い応用のような微小無線センサ技術の発展に伴い、従来の能動的なエネルギー供給システムは大きな制限がある。無線充電方式を用いることにより携帯式電子製品のエネルギー供給問題の解決が期待されている。自然環境において、例えば通信マイクロ波エネルギー、テレビ信号、ＷｉＦｉなどのような様々な周波数の電磁波放射エネルギーが存在している。如何に環境におけるＲＦ及びマイクロ波エネルギーを収集し利用して無線センサ及びＭＥＭＳシステムに給電することは、斬新な技術的課題になっている。現在、主な無線エネルギー収集技術は電磁誘導エネルギー収集技術及び半導体ダイオードに基づくマイクロ波エネルギー収集技術があり、前者の変換効率が高いが、伝送距離が短く及びエネルギー変換装置のサイズが大きいなどの制限が存在し、後者は電力容量が小さく、ダイオードが破壊されやすく、さらに高調波を生成するなどの問題が存在する。同時に、上記技術は動作周波数が狭く、サイズが小型化の需要を満たし難いことに直面している。
【発明の概要】
【０００４】
従来技術の不足を解消するため、本発明の目的は、電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置を提供し、それにより構造が簡単であり、ＲＦ波を収集し電気エネルギーに変換することができる発電装置を提供することである。
【０００５】
本発明は電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置を提供し、該装置は少なくとも１つのＲＦマイクロ波エネルギー変換部品を含み、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品は第１磁性層、非磁性の空間層及びエネルギー変換層を含み、前記第１磁性層はＲＦマイクロ波信号受信部品に接続され、エネルギー変換層はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の上下両端に正負電荷を蓄積し、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現する。
【０００６】
さらに、前記空間層は第１磁性層に設けられ、エネルギー変換層は空間層に設けられている。
【０００７】
さらに、前記第１磁性層は反強磁性層、反強磁性層に設けられた少なくとも２層の第２磁性層及び隣接する２層の第２磁性層の間に設けられた金属層を含む。
【０００８】
さらに、前記第１磁性層が少なくとも２層設けられ、エネルギー変換層は２層の第１磁性層の間に設けられ、前記空間層は第１磁性層とエネルギー変換層との間に設けられている。
【０００９】
さらに、前記エネルギー変換層が少なくとも２層設けられ、隣接する２層のエネルギー変換層の間には空間層が設けられている。
【００１０】
さらに、前記空間層は金属又は絶縁材料で製造される。
【００１１】
さらに、前記空間層が金属材料である時、金属材料は銅又は銀のうちの１種であり、空間層が絶縁材料である時、絶縁材料は酸化マグネシウム又は酸化アルミニウムのうちの１種である。
【００１２】
さらに、前記空間層が金属材料で製造される時、空間層の厚さは０．５ｎｍ〜５ｎｍであり、前記空間層が絶縁材料で製造される時、空間層の厚さは０．５ｎｍ〜３ｎｍである。
【００１３】
さらに、前記エネルギー変換層は磁性材料で製造され、磁性材料はＮｉＦｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、ＣｏＦｅＳｉＢ及びＴｅＦｅＣｏＡｌのうちの少なくとも１種である。
【００１４】
さらに、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品が２つ以上設けられ、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の間は直列接続又は並列接続の方式により接続されている。
【００１５】
本発明は従来技術に比べると、構造が簡単であり、サイズが小さく、動作周波数の範囲が広く、単位面積範囲内のエネルギー変換効率が高いという利点を有し、本発明が常温に動作する場合、電磁エネルギーを捕捉する環境に対する制限がなく、無線充電、電磁エネルギー収集などの分野に幅広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構成図である。
【図２】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例１の構成図である。
【図３】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例２の構成図である。
【図４】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例３の構成図である。
【図５】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例４の構成図である。
【図６−１】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例５の構成図である。
【図６−２】本発明の実施例５のマイクロ波エネルギー収集の性能図である。
【図７】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例６の構成図である。
【図８】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例７の構成図である。
【図９】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例８の構成図である。
【図１０】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例９の構成図である。
【図１１】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例１０の構成図である。
【図１２】本発明のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の実施例１１の構成図である。
【図１３】本発明のナノ発電装置におけるＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の直列接続方式による接続を示す図である。
【図１４】本発明のナノ発電装置のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の並列接続方式による接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面及び実施例に合わせて本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明における電子スピン属性に基づく新型ＲＦマイクロ波エネルギー収集装置は少なくとも１つの、ＲＦマイクロ波エネルギーを直流電気信号に変換するＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６を含む。
【００１９】
前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６は少なくとも、固定面内の磁化軸を有する第１磁性層２、非磁性の空間層３及びエネルギー変換層４を含み、前記第１磁性層２はＲＦマイクロ波信号受信部品１に接続され、エネルギー変換層４はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の上下両端に正負電荷を蓄積し、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現する。
【００２０】
ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の信号取得は接続されたＲＦマイクロ波信号受信部品１によって取得されることができ、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６は直流電気信号を生成し外部回路５に出力することができ、外部回路５はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の両端にそれぞれ接続され、外部回路５は例えば蓄電池など又は変圧器のような直流電気信号を収集する装置であり、それにより電力供給の作用を実現し、外部回路５の選択は唯一ではなく、実際の使用に応じて変更することができるため、ここで具体的に限定しない。
【００２１】
前記固定面内の磁化軸の第１磁性層２は磁性層の磁気運動量（磁気モーメント）の配向が薄膜平面に沿う方向であることを意味し、固定は磁気モーメント方向が転換し難いことを意味する。
【００２２】
エネルギー変換層４の磁気モーメント配向は第１磁性層２の薄膜平面の方向に対し決められ、第１磁性層２の薄膜平面に傾斜しており面外配向にあること、第１磁性層２の薄膜平面に平行であり面内配向にあること及び第１磁性層２の薄膜平面に垂直であり面外配向にあることの３種類を含み、面外配向はエネルギー変換層４の磁気モーメントと第１磁性層２の薄膜平面との夾角が零度より大きいことを意味し、面内配向はエネルギー変換層４の磁気モーメントと第１磁性層２の薄膜平面との夾角が零度に等しいことを意味する。
【００２３】
磁性薄膜材料に対し、いくつかの要素によって共同に材料真性の磁気モーメント配向を決定する。電子スピンとスピンとの間の磁気双極子が交互作用し生成された形状異方性磁界、電子スピンと軌道が交互作用し生成された磁気結晶異方性磁界、磁石両端に磁荷が生成し磁化を弱める反磁界、また磁性多層膜で構成された構造において、その他の薄膜によって生成された漂遊磁界、これらの磁界作用は共同に磁性薄膜の最終磁気モーメント配向を構成する。磁性薄膜の配向に対し、一般的には薄膜面内に横設され、又は薄膜に垂直である２種類の状況のみである。しかし、最近の研究により、磁性薄膜の厚さ及びその他の材料との界面特性を調整することは、材料の磁気結晶異方性磁界の大きさ及び方向を効果的に制御することができ、さらに磁気モーメント配向を薄膜平面に傾斜するように調整する。このような状態は本特許に言及された円錐形態である。より具体的には、円錐形態における磁気結晶異方性磁界の１次磁界の大きさは反磁界の大きさに近接し、方向が逆であり、この時、磁性薄膜材料の有効飽和磁化強度が低下し、磁気結晶異方性磁界の２次磁界は主導的な役割を果たす。このような円錐形態は即ち傾斜する磁気モーメント配向であり、第１、磁気モーメント歳差運動に必要な限界電流密度を低下させること、第２、面外の大角度の磁気モーメント歳差運動を得やすいことの２つの利点を有する。この２つの利点により、このような磁化構造をエネルギー変換層として機能する場合、低電力のＲＦエネルギー吸収及び相対的に高効率なエネルギー変換を実現することができる。
【００２４】
前記ＲＦマイクロ波信号受信部品１は主に、アンテナ、アンテナに接続されたＲＦ波伝導素子及びＲＦ波伝導素子に接続されたインピーダンス整合装置を含み、インピーダンス整合装置はＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の第１磁性層２に接続され、ここで具体的に限定しない。
【００２５】
本発明は外部の高周波ＲＦ波信号がＲＦマイクロ波信号受信部品１によって収集されることにより、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６のエネルギー変換層４内の磁気モーメントの大角度の歳差運動を引き起こし、磁性多層膜構造は巨大磁気抵抗を有するため、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の上下両端に正負電荷を蓄積し、蓄積された正負電荷は外部回路５に導出され、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現する。
【００２６】
前記ＲＦマイクロ波信号受信部品１の受信する周波数範囲は０．１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの間である。
【００２７】
本発明における第１磁性層２はピン止め磁性層を用い、それは少なくとも１層の磁性薄膜で構成され、前記磁性薄膜の保磁場の大きさは５ｍＴ〜１５００ｍＴの間であり、空間層３は金属又は絶縁材料で製造され、前記空間層３が金属材料で製造される時、金属材料は銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）のうちの１つであり、厚さは０．５ｎｍ〜５ｎｍの間であり、前記空間層３が絶縁材料で製造される時、絶縁材料は酸化マグネシウム又は酸化アルミニウムのうちの１つであり、厚さは０．５ｎｍ〜３ｎｍの間であり、前記エネルギー変換層４は磁性材料で製造され、磁性材料はＮｉＦｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、ＣｏＦｅＳｉＢ及びＴｅＦｅＣｏＡｌのうちの少なくとも１つであり、そのうちＣｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉは積層材料であり、その他は合金材料である。
【００２８】
上記構造は２つ利点を有する。第１、ＭｇＯ単結晶障壁層で構成される磁性トンネル接合多層膜は、高いトンネル磁気抵抗効果を有し、エネルギー変換効率を向上させることができる。傾斜する磁気モーメント配向を有するエネルギー変換層４を用いることは、低出力のＲＦエネルギー吸収及び相対的に高効率なエネルギー変換を実現することができる。
【００２９】
図２に示すように、実施例１において、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の積層構造は、空間層３が第１磁性層２に設けられ、エネルギー変換層４が空間層３に設けられることである。エネルギー変換層４の磁化方向は第１磁性層２の薄膜平面の磁化方向に垂直であり、エネルギー変換層４及び第１磁性層２は外部磁場がない条件における磁化方向の間の夾角が９０度に等しい。
【００３０】
図３に示すように、実施例２において、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の積層構造は、空間層３が第１磁性層２に設けられ、エネルギー変換層４が空間層３に設けられることである。エネルギー変換層４の磁化方向は第１磁性層２の薄膜平面の磁化方向に傾斜しており、エネルギー変換層４及び第１磁性層２は外部磁場がない条件における磁化方向が面外に傾斜している。
【００３１】
図４に示すように、実施例３において、前記ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の積層構造は、空間層３が第１磁性層２に設けられ、エネルギー変換層４が空間層３に設けられることである。エネルギー変換層４の磁化方向は第１磁性層２の薄膜平面に平行であり、エネルギー変換層４及び第１磁性層２は外部磁場がない条件における磁化方向が面内に平行である。
【００３２】
図５に示すように、実施例４のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の積層構造は、空間層３が第１磁性層２に設けられ、エネルギー変換層４が空間層３に設けられることであり、第１磁性層２は多層膜が積層するように構成され、反強磁性層２０１、反強磁性層２０１に設けられる２層の第２磁性層２０２及び隣接する２層の第２磁性層２０２の間に設けられた金属層２０３を含み、空間層３は最上層の第２磁性層２０２に設けられ、エネルギー変換層４は空間層３に設けられる。
【００３３】
本実施例において、２層の第２磁性層２０２の磁気モーメント方向は面内に平行であり、即ち、第２磁性層２０２の薄膜平面に平行であるが、２つの第２磁性層２０２の磁気モーメント方向は逆であり、エネルギー変換層４の磁気モーメント方向は最上層の第２磁性層２０２に設けられる磁気モーメント方向に平行であるが、方向が逆である。
【００３４】
実施例４において第１磁性層２の下端に金属バッファ層１０を設け及びエネルギー変換層４に金属キャップ１１を設けることができる。
【００３５】
図６−１に示すように、実施例５と実施例４の区別はエネルギー変換層４の磁気モーメント方向が最上層の第２磁性層２０２に設けられる磁気モーメント方向に傾斜しており、即ち面外に傾斜している。
【００３６】
本発明の一好ましい解決手段として、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の構造はＰｔＭｎ（厚さは１５ｎｍである）、Ｃｏ７０Ｆｅ３０（厚さは２．３ｎｍである）、Ｒｕ（厚さは０．８５ｎｍである）、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さは２．４ｎｍである）の４層の磁性薄膜で構成される固定面内の磁化軸を有する磁性層２と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）材料で製造される厚さが０．８ｎｍである非磁性層３及び傾斜している磁気モーメント配向を有するＣｏ２０Ｆｅ６０Ｂ２０材料で製造される厚さが１．５３ｎｍであるエネルギー変換層４を含み、ＰｔＭｎ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢはいずれも合金材料であり、Ｃｏ７０Ｆｅ３０、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０、Ｃｏ２０Ｆｅ６０Ｂ２０の下付き文字は合金材料の質量比である。該ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品の断面形状は楕円形であり、サイズはおおよそ長軸が１５０ｎｍであり、短軸が６０ｎｍである。該好ましい解決手段の性能テストの結果として、図６−２に示されるとおりである。０．１ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＲＦ波範囲内において、注入されたＲＦ波信号の電力は３２ｕＷであり、広い周波数範囲内において安定的な直流変換エネルギー出力が認められる。
【００３７】
図７に示すように、実施例６と実施例４の区別はエネルギー変換層４の磁気モーメント方向が最上層の第２磁性層２０２に設けられる磁気モーメント方向に垂直であり、即ち面外に垂直である。
【００３８】
図８に示すように、実施例７におけるＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の第１磁性層２が２層設けられ、エネルギー変換層４が２層設けられ、エネルギー変換層４は２層の第１磁性層２の間に設けられ、前記空間層３は第１磁性層２とエネルギー変換層４との間及び隣接する２層のエネルギー変換層４の間に設けられた。
【００３９】
本実施例において、第１磁性層２の磁気モーメント方向は面外に垂直であり、即ち薄膜平面に垂直であり、２層のエネルギー変換層４の磁気モーメント方向は面内に平行であり方向が逆であり、即ち薄膜平面に平行である。
【００４０】
上記実施例４〜７において、前記第２磁性層２０２は磁性薄膜層構造であり、具体的には第２磁性層２０２は強磁性材料で構成され、金属層２０２はルテニウム又は銅材料で製造され、反強磁性層２０１はイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）又はプラチナマンガン合金（ＰｔＭｎ）材料を用いる。
【００４１】
図９に示すように、実施例８は実施例１〜３をもとに、さらに第１磁性層２及びエネルギー変換層４にそれぞれ金属電極１２を設けることができ、ここで、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６はエッチングによって横方向の尺度が５０〜５００ｎｍの間にある柱状構造になる。このような柱状構造が得られる磁気抵抗効果が強く、ＲＦマイクロ波エネルギー変換効率を向上させることに有益である。
【００４２】
図１０に示すように、実施例９は実施例８をもとに、エネルギー変換層４に絶縁誘電体層１３を設けて、絶縁誘電体層１３に少なくとも１つのナノ細孔１４をエッチングすることにより、最上層の金属電極１２が該ナノ細孔１４によってエネルギー変換層４に導通されるようにし、ナノコンタクト構造を形成する。本実施例において、ナノ細孔１４が１つ設けられ、所属するナノ細孔１４の孔径は３０〜３００ｎｍにある。ナノコンタクト構造を用いることは、磁気抵抗効果が柱状構造より弱いが、マイクロ波信号の同期を実現しやすく、マイクロ波エネルギー変換効率を向上させることに有益である。
【００４３】
図１１に示すように、実施例１０と実施例９の主要な区別はナノ細孔１４が２つ設けられ、２つのナノ細孔１４の間の間隔は５０〜２０００ｎｍである。
【００４４】
図１２に示すように、実施例１１と実施例９の主要な区別はナノ細孔１４が３つ設けられ、隣接する２つのナノ細孔１４の間の間隔は５０〜２０００ｎｍである。
【００４５】
本発明におけるＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６において、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の両端は直流電気信号を生成する。広帯域ＲＦマイクロ波エネルギー捕捉装置として、外部空間のＲＦエネルギーを収集することができ、それを直流電気信号に変換することに相当する。収集されたエネルギーの周波数範囲が広く、より多くのＲＦエネルギーを収集及び変換することができることを意味し、変換効率＝出力された直流電力／入力されたＲＦ電力である。
【００４６】
図１３に示すように、本発明の一好ましい解決手段として、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６が４セット設けられ、４セットのＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６は直列接続方式により外部回路５に接続され、図１４に示すように、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６は並列接続方式により接続され、より高エネルギーのＲＦ波信号を収集することに有益である。
【００４７】
本発明は複数のＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６を直列接続又は並列接続した後カプセル化し、モジュール化を実現することができる。
【００４８】
本発明における広帯域ＲＦマイクロ波エネルギー捕捉装置の発電方法は、
【００４９】
ＲＦ波信号は外部のＲＦマイクロ波信号受信部品１のＲＦ波伝導素子及びインピーダンス整合素子によって受信され、ＲＦ波信号をＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６に送信するステップと、
【００５０】
ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６はＲＦ波信号を受信した後、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６のエネルギー変換層４の磁気モーメントが回転するステップと、
【００５１】
回転する磁気モーメントはＲＦマイクロ波エネルギー変換部品６の第２磁性層４及び第１磁性層２に正負電荷を蓄積するようにするステップと、
【００５２】
蓄積された正負電荷は外部回路５に導出され、ＲＦ波エネルギーを直流電気信号に変換することを実現するステップと、を含む。
【００５３】
本発明における広帯域ＲＦマイクロ波エネルギー捕捉装置１１はマイクロ波エネルギーの収集に用いられることができエネルギー蓄積装置によって蓄積され、携帯電源を形成し、本発明が無線充電コイルに結合された場合、無線充電装置を形成することができ、さらに直接に携帯電話に接続することができ、それにより充電の問題を解決する。
【００５４】
本発明は空間中の様々な周波数帯域のＲＦエネルギーを収集することができ、特に無線充電分野での応用は、最大な優位性である。具体的には、例えば携帯電話のチップと集積し、ＷｉＦｉ無線信号のエネルギーを変換することによって、無線充電を実現することができる。
【００５５】
本発明自体はナノ発電装置として、様々な場合に適用される。
【００５６】
本発明は従来の無線充電技術及び電磁エネルギー捕捉技術における回路構造が複雑であり、サイズが大きく、捕捉できる周波数範囲が狭く、伝送距離が短いなどの欠点に対し、広い周波数範囲内（０．１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）に、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を設計した。該ナノ発電装置は、サイズが小さく、ＲＦマイクロ波エネルギー変換部品のサイズはナノスケールにあり、半導体のエネルギー変換構造に比べはるかに小さく、動作周波数の範囲が広く、単位面積範囲内のエネルギー変換効率が高く、伝送距離が長いなどの利点を有する。
【００５７】
既に特定な実施例を参照し本発明を示し説明しているが、当業者であれば、請求項及びその等価物によって限定された本発明の精神及び範囲を逸脱しない状況において、ここで形式及び詳細における様々な変化を行うことができると理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020508025.tif 000013
【図１１】
2020508025.tif 000014
【図１２】
2020508025.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2020508025.tif 000017
【国際調査報告】
2020508025.tif 000018
2020508025.tif 000019
2020508025.tif 000020
2020508025.tif 000021