In this paper, GaN-SBD devices with excellent breakdown voltage and frequency characteristics for use in high-power microwave wireless power transmission has been modeled for PSpice circuit simulation. The RF-DC conversion circuits were simulated and compared with a commercial Si-SBD device. Although the modeled GaN-SBD devices had lower RF-DC conversion efficiency compared to Si-SBD at 2.4 and 5.8 GHz, it was confirmed through PSpice circuit simulations that they can be used sufficiently according to the required application circuit in a high power situation.
Radio frequency (RF) energy harvesting technology have become a reliable and promising alternative to extend the lifetime of power-constrained wireless networks by eliminating the need for batteries. This emerging technology enables the low-power wireless devices to be self-sustaining and eco-friendly by scavenging RF energy from ambient environment or dedicated energy sources. These attributes make RF energy harvesting technology feasible and attractive to an extended range of applications. However, despite being the most reliable energy harvesting technology, there are several challenges (especially power conversion efficiency, output DC voltage and sensitivity) poised for the implementation of RF energy harvesting systems. In this article, a detailed literature on RF energy harvesting technology has been surveyed to provide guidance for RF energy harvesters design. Since signal strength of the received RF power is limited and weak, high efficiency state-of-the-art RF energy harvesters are required to design for providing sufficient DC supply voltage to wireless networks. Therefore, various designs and their trade-offs with comprehensive analysis for RF energy harvesters have been discussed. This paper can serve as a good reference for the researchers to catch new research topics in the field of RF energy harvesting.
This paper presents a radio frequency-to-direct current (RF-to-DC) converter for special RF power harvesting application at 915 MHz. The major featured components of the proposed RF-to-DC converter is the combination of a cross-coupled rectifier and an active diode: first, the cross-coupled rectifier boosts the input voltage to desired level, and an active diode blocks the reverse current, respectively. A prototype was implemented using $0.18{\mu}m$ CMOS technology, and the performance was proven from the fact that the targeted RF harvesting system's full-operation with higher power efficiency; even if the system's input power gets lower (e.g., from nominal 0 to min. -12 dBm), the proposed RF-to-DC converter constantly provides 1.47 V, which is exactly the voltage level to drive follow up system components like DC-to-DC converter and so on. And, maximum power conversion efficiency is 82 % calculated from the 0 dBm input power, 2.3 mA load current.
Park, Joonwoo;Kim, Youngsub;Yoon, Young Joong;So, Joonho;Shin, Jinwoo
Journal of electromagnetic engineering and science
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제14권1호
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pp.25-30
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2014
This paper discusses the design of a high frequency Greinacher voltage multiplier as rectifier; it has a greater conversion efficiency and higher output direct current (DC) voltage at high power compared to a simple halfwave rectifier. Multiple diodes in the Greinacher voltage multiplier with distributed circuits consume excited power to the rectifier equally, thereby increasing the overall power capacity of the rectifier system. The proposed rectifiers are a Greinacher voltage doubler and a Greinacher voltage quadrupler, which consist of only diodes and distributed circuits for high frequency applications. For each rectifier, the RF-to-DC conversion efficiency and output DC voltage for each input power and load resistance are analyzed for the maximum conversion efficiency. The input power with maximum conversion efficiency of the designed Greinacher voltage doubler and quadrupler is 3 and 7 dB higher, respectively;than that of the halfwave rectifier.
In this paper, we analyzed Microwave-DC conversion efficiency for the rectennas and it's position change. Rectenna consist of a two major parts, receiveing antenna and rectifying circuits. We made two types of 2.45C rectennas which the dipole and the patch antenna. Rectifying circuit is a GaAs-schottky diode with a large forward current and reverse breakdown voltage. The results of RF-DC conversion efficiency for two rectennas, patch type has 75.6% efficiency with 400$\Omega$ load resistor and dipole type has 69.75% efficiency with 360$\Omega$ load resistor. When the rectennas has optimal load resistor, Rectenna efficiency shows of $\pm10%$ at $70^{\circ}$~$110^{\circ}$ position.
본 논문에서는 2뾰GHz 이중편파 정류안테나를 설계. 제작하고 제작된 정류안테나의 방향변화에 따른 마이크로파-DC 변환효율 특성과 FSS(Frequency Selective Surface)를 적용하여 정류안테나의 정류회로에서 발 생되는 고조파 성분(Harmonics)의 감소 특성을 분석하였다. 본 논문에서 설계. 제작된 각각의 이중편파 정류안테나의 마이크로파 DC 변환효율을 측정한 결과 다이폴 형태는 $360\Omega$의 부하일 때 69.1 %. 패치 형태는 $340\Omega$일 때 75.4 %의 최대 변환효율 특성을 나타내었다. 각 각 최적의 부하 저항을 가칠 때 $0~180^{\circ}$방향 변화에 따른 RF-DC 변환효율 변동특성은 다이폴 형태는 $\pm20%$, 패치 형태는 $\pm5%$를 나타내었다 FSS를 적용했을 때 통과대역에서의 손실은 1 dB이하, 차단대역에서의 감쇄는 20 dB 이상이 되었고‘ 정류안테나의 마이크로파-DC 변환효율은 $\pm2%$정도 변화되어 양호한 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 광대역 평면 모노폴 안테나와 광대역 대역통과 스터브 여파기를 이용하여 2.45 GHz에서 무선전력 전송이 가능한 광대역 렉테나를 설계 및 제작하였다. 기존의 일반적인 평면형 안테나의 크기를 표면전류분포를 이용하여 방사체와 접지면의 크기를 줄일 수 있었고, 광대역 효과를 얻기 위해 확장된 접지면에 2차 고조파가 제거된 스터브 여파기를 사용한 정류회로단을 효율적으로 집적화 시킬 수 있었다. 그 결과 본 논문에서 제안한 렉테나는 부하저항이 270 Ohm에서 80% 의 RF-to-DC Power 최대 변환 효율을 보이며, $1.8{\sim}2.8$ GHz의 넓은 대역에서 RF-to-DC Power 변환효율이 50% 이상을 유지한다.
본 논문에서는 에너지 하베스팅의 일환으로 상용의 RFID시스템의 리더 안테나에서 방사되는 RF에너지를 활용하여 무선센서노드의 전원부를 구성하고자 하였다. 이를 위해 렉테나(Rectenna)를 구성하고 효율이 높은 부스트 컨버터를 구성하여 RF전력으로부터 배터리를 충전할 수 있는 DC전력을 얻도록 하였다. RFID 안테나로부터 1.2[W] RF출력 시, 구현된 렉테나로 1[m]거리에서 3.1[mW], 5.5[m]에서 1[mW]정도의 전력을 얻을 수 있었다. 배터리와 연결 시 변환효율을 높이기 위한 부스트 컨버터의 특성은 4[m]거리에서 변환효율 79.3[%], 실제 변환되어 배터리를 충전할 수 있는 전력은 1.36[mW]를 얻을 수 있었으며, 이 값은 무선센서노드로 응용이 가능한 값이다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제11권4호
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pp.257-261
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2011
A highly efficient 2.4 GHz rectenna is designed using a harmonic rejection bandpass filter. The rectenna is printed on Rogers Duroid 5880 substrate with ${\varepsilon}_r$=2.2 and a thickness of 1.6 mm. The rectenna consists of a microstrip antenna and high order harmonic rejection bandpass filter, microstrip lowpass filter, and Schottky barrier diode (HSMS2820). The use of a $2^{nd}$ and $3^{rd}$ harmonic rejection microstrip bandpass filter in the rectenna results in high conversion efficiency. The proposed rectenna achieves a RF to DC conversion efficiency of 72.17 % when the received RF power is 63.09 mW.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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