Eficiencia energética mejorada en un nodo de 5,8 GHz sin batería adecuado para comunicaciones de retrodispersión
Autores: Collodi, Giovanni; Righini, Monica; Passafiume, Marco; Cidronali, Alessandro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Eficiencia energética mejorada en un nodo de 5,8 GHz sin batería adecuado para comunicaciones de retrodispersión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Nodo compacto sin batería
Comunicación por retrodispersión
Convertidor elevador DC/DC
Antena de parche
Eficiencia de conversión de energía inalámbrica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 40
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo presenta una arquitectura compacta de nodo sin batería adecuada para la comunicación de retrodispersión (BackCom). Los bloques funcionales clave se demuestran a 5,8 GHz, haciendo uso de componentes disponibles comercialmente que implican un convertidor elevador DC/DC, un generador de datos de 3,3 V y un modulador de retrodispersión ASK basado en un solo GaAs HEMT en una configuración de FET en frío. El nodo integra una antena de parche que exhibe una impedancia de puerto óptima no 50; el valor se define mediante una técnica de optimización basada en pull de fuente con el objetivo de maximizar la corriente de entrada DC/DC suministrada por el convertidor de RF a DC. Este enfoque maximiza la compacidad del nodo, así como la eficiencia de conversión de energía inalámbrica. Se optimizó un prototipo para el nivel de potencia de -5 dBm en la entrada del convertidor de RF a DC. Bajo esta condición de medición, los resultados experimentales mostraron un aumento del 63% en la corriente de captación, que pasó de 145 a 237 A, en comparación con una configuración idéntica que utilizaba una red de adaptación de microstrip acoplada con una antena de parche típica de 50 ohmios. En términos de potencia captada, la mejora lograda fue de -13,2 dBm a -10,9 dBm. La eficiencia de conversión en una condición operativa mejoró del 15% a más del 25%. En esta condición, el nodo es capaz de cargar un condensador de 100 F hasta el voltaje operativo en aproximadamente 27 s, y operar la retrodispersión durante 360 ms con una frecuencia de modulación de retrodispersión de aproximadamente 10 MHz.
Descripción
Este trabajo presenta una arquitectura compacta de nodo sin batería adecuada para la comunicación de retrodispersión (BackCom). Los bloques funcionales clave se demuestran a 5,8 GHz, haciendo uso de componentes disponibles comercialmente que implican un convertidor elevador DC/DC, un generador de datos de 3,3 V y un modulador de retrodispersión ASK basado en un solo GaAs HEMT en una configuración de FET en frío. El nodo integra una antena de parche que exhibe una impedancia de puerto óptima no 50; el valor se define mediante una técnica de optimización basada en pull de fuente con el objetivo de maximizar la corriente de entrada DC/DC suministrada por el convertidor de RF a DC. Este enfoque maximiza la compacidad del nodo, así como la eficiencia de conversión de energía inalámbrica. Se optimizó un prototipo para el nivel de potencia de -5 dBm en la entrada del convertidor de RF a DC. Bajo esta condición de medición, los resultados experimentales mostraron un aumento del 63% en la corriente de captación, que pasó de 145 a 237 A, en comparación con una configuración idéntica que utilizaba una red de adaptación de microstrip acoplada con una antena de parche típica de 50 ohmios. En términos de potencia captada, la mejora lograda fue de -13,2 dBm a -10,9 dBm. La eficiencia de conversión en una condición operativa mejoró del 15% a más del 25%. En esta condición, el nodo es capaz de cargar un condensador de 100 F hasta el voltaje operativo en aproximadamente 27 s, y operar la retrodispersión durante 360 ms con una frecuencia de modulación de retrodispersión de aproximadamente 10 MHz.