光电集成射频通信模块的创新设计理念
引用
Q. H. Dao、A. Skubacz-Feucht、B. Lüers、P. von Witzendorff、C. von der Ahe、L. Overmeyer 等人，“光电集成射频通信模块的创新设计理念”，《Procedia Technology》，第26卷，第245-251页，2016年。
关键词
- 24 GHz RFID
- 无线传感器节点
- 射频通信
- 3D-MID
- 光电封装
- 光功率传输
简介
本文提出了一种新颖的小型化24 GHz射频通信模块设计理念，该模块可集成到金属工件中，并利用能量收集技术实现无线供电。
摘要
Dao 等人于 2016 年在 Procedia Technology 发表的文章《光电集成射频通信模块的新型设计理念》中描述了一种小型（13 x 13 x 4 mm³）射频 (RF) 通信模块的设计，该模块可集成到金属元件中。该模块旨在用作无线传感器节点，工作在 24 GHz 工业、科学和医疗 (ISM) 无线电频段，可实现高速数据传输和低延迟。
以下是该模块设计的一些主要特点：
- 光供电：该模块采用能量收集概念，由高效多结太阳能电池（效率为 40%，功率为 50 W/cm²）和用于储能的超级电容器组成。这种设计无需使用电池，使系统能够在整个产品生命周期内持续运行。
- 3D-MID 外壳：该模块外壳采用三维模塑互连器件 (3D-MID) 技术设计，可将电气和光学元件集成到紧凑的多层结构中。激光直接成型 (LDS) 技术用于在塑料外壳上创建导电路径，从而实现各个组件的连接。
- 射频电路和天线：射频电路（包括专为光学透明性而设计的贴片天线）位于太阳能电池顶部。天线和模拟前端采用石英玻璃基板制造，该基板因其高光学透明度和低损耗因数而被选中。
- 微控制器和传感器：该模块集成低功耗微控制器（德州仪器 MSP430FR5738），用于数据处理和通信。该微控制器具有 I²C 总线，可连接其他传感器，例如温度或应变传感器，以扩展模块的功能。
测试表明，该模块在低光环境下，使用充满电的超级电容器可连续运行 13.9 分钟，并且每秒传输一次数据。作者总结认为，该设计提供了一种将无线通信和传感功能集成到金属组件中的有前景的方法，可用于产品生命周期管理和过程监控应用。
来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212017316303802