Exploración del espacio de diseño de impedancia de antena y rectificador en chip para transferencia de energía inalámbrica de microondas
Autores: Hashimoto, Takuma; Tanzawa, Toru
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Exploración del espacio de diseño de impedancia de antena y rectificador en chip para transferencia de energía inalámbrica de microondas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Metodología de diseño
Rectenna
Transferencia de energía inalámbrica de microondas
Simulación SPICE
Modelo de circuito equivalente
Potencia de entrada
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Este documento discute una metodología de diseño para determinar eficientemente la mejor combinación de rectena (rectificador y antena) para minimizar la potencia de entrada bajo una condición de salida dada para la transferencia de energía inalámbrica de microondas (MWPT) sin ningún otro componente externo, como una red de adaptación, para reducción de costos. Un modelo de circuito equivalente linealizado se amplía para incluir la línea de microcinta que conecta la antena y el rectificador. Basándose en el modelo, se presenta el flujo de diseño que consta principalmente de tres pasos: (1) Determinación de la impedancia de entrada equivalente del rectificador y la amplitud del voltaje de entrada mediante simulación SPICE, (2) Dibujo de gráficos de contorno de potencia de entrada por candidato a rectificador en el plano de impedancia de la antena mediante cálculos de modelo y localización de impedancias de los candidatos de antena en los gráficos de contorno, y (3) Selección de la combinación de antena y rectificador que dé la potencia de entrada mínima para todas las combinaciones. Para validar el modelo de circuito equivalente y el flujo de diseño, se fabricaron un rectificador de un solo diodo (SD) y un rectificador de doblador de voltaje (VD) en CMOS de 65 nm. Se midió y comparó la potencia de entrada para generar 100 A a 1 Vdc. El modelo, SPICE y la medición están en buen acuerdo entre sí, ya que VD tiene un 30-50% menos de potencia de entrada que SD. Además, se investiga la sensibilidad de los elementos parásitos, como la línea de microcinta y los cables y almohadillas de conexión, en la potencia de entrada para explorar el espacio de diseño para la rectena.
Descripción
Este documento discute una metodología de diseño para determinar eficientemente la mejor combinación de rectena (rectificador y antena) para minimizar la potencia de entrada bajo una condición de salida dada para la transferencia de energía inalámbrica de microondas (MWPT) sin ningún otro componente externo, como una red de adaptación, para reducción de costos. Un modelo de circuito equivalente linealizado se amplía para incluir la línea de microcinta que conecta la antena y el rectificador. Basándose en el modelo, se presenta el flujo de diseño que consta principalmente de tres pasos: (1) Determinación de la impedancia de entrada equivalente del rectificador y la amplitud del voltaje de entrada mediante simulación SPICE, (2) Dibujo de gráficos de contorno de potencia de entrada por candidato a rectificador en el plano de impedancia de la antena mediante cálculos de modelo y localización de impedancias de los candidatos de antena en los gráficos de contorno, y (3) Selección de la combinación de antena y rectificador que dé la potencia de entrada mínima para todas las combinaciones. Para validar el modelo de circuito equivalente y el flujo de diseño, se fabricaron un rectificador de un solo diodo (SD) y un rectificador de doblador de voltaje (VD) en CMOS de 65 nm. Se midió y comparó la potencia de entrada para generar 100 A a 1 Vdc. El modelo, SPICE y la medición están en buen acuerdo entre sí, ya que VD tiene un 30-50% menos de potencia de entrada que SD. Además, se investiga la sensibilidad de los elementos parásitos, como la línea de microcinta y los cables y almohadillas de conexión, en la potencia de entrada para explorar el espacio de diseño para la rectena.