随着无线传感网络飞速发展,由电池供电的各种无线传感节点将耗费大量能源,且不能长期稳定运行。能量采集技术和超低功耗芯片器件的出现,为低功耗节点提供了一种自供电方案。一定条件下,收集环境能量转换为可应用电能的新型电源,可以使低功耗无线节点接近无限期工作。其中,电力线电场能量即是非常稳定可靠的环境能量之一。本文根据位移电流理论推导,并分析电场能量收集器内部电容构成,建立了收集器等效电路模型。提出了一种双层铜箔加连地的结构,实现减小收集器内部容抗,并提高了输出储能电容充电功率。结合器件功耗分析,设计了相应的整流电路,开关电路和输出稳压电路,实现了对所收集的电场能量合理高效地存储和应用。开发了超低功耗无线温度传感节点,验证了电场能量收集电源的实用性能。本文主要工作包括:1)基于位移电流理论,在空间回路中建立收集器等效电路模型。对收集器主要电容计算方法进行理论分析,推导得出导体薄膜对导电芯电容与其长度成正比,感应极板对地电容与感应极板大小正相关,与离地距离负相关。2)为优化电场能量收集器结构,利用Maxwell对收集器结构进行仿真分析。在二维平面建立等效仿真模型,以模拟储能电容中心位置电压、位移电流密度和平均功率密度为评价标准。对比发现,导体薄膜加感应极板结构,优于平行板电容器结构。进一步研究发现,连地时模拟储能电容中心平均功率密度可达84.59u W/m2,双层导体薄膜加连地结构,可将平均功率密度提升至137u W/m2。3)为实现微功率能量储存管理和应用,本文结合器件功耗分析,优化设计了无需辅助电源的开关电路,和高效的3.3V稳压输出电路。最终实现280s获得2.47m J能量,循环充放电期间,充电功率为8.8u W,能量利用效率为60.9%。4)开发超低功耗无线温度传感节点,测试电场能量收集电源实用性能。实现了将节点单次运行的耗能降至0.663m J。用该电源和和节点观测室内环境24小时的温度变化,结果表明,电场能量收集电源供电的无线温度传感节点工作正常。