Nâng cao hiệu suất thu từ môi trường cho hệ thống thu hoạch năng lượng cao tần
195 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.89.2023.25-34Từ khóa:
Thu hoạch năng lượng RF; Hệ số phẩm chất; Băng thông; Hệ số khuếch đại thụ động.Tóm tắt
Bài báo đề xuất cấu trúc của hệ thống thu hoạch năng lượng (RFEH) giúp nâng cao được hiệu suất thu tín hiệu RF thực tế trong môi trường. Bài báo phân tích và chỉ rõ mối liên hệ giữa các thông số thiết kế hệ thống thu hoạch năng lượng RF trong môi trường như tần số trung tâm, băng thông, hệ số phẩm chất, số tầng mạch tách sóng. Từ đó, bài báo xây dựng các bước thiết kế hệ thống RFEH để đảm bảo có hiệu suất cao nhờ hệ số khuếch đại thụ động đủ lớn mà vẫn đảm bảo băng thông của tín hiệu. Trên cơ sở cấu trúc đề xuất, hệ thống thu tín hiệu LTE 950 MHz được thiết kế để kiểm chứng tính hiệu quả. Kết quả đo đạc chỉ ra hệ thống thiết kế có thể đạt độ nhạy 1V điện áp một chiều đầu ra khi công suất tín hiệu LTE vào là -20 dBm. Hệ thống đạt hiệu suất 57% tại mức công suất vào là -10 dBm và có thể cung cấp 3.58 công suất một chiều tại mức công suất vào là -19.4 dBm.
Tài liệu tham khảo
[1]. F. Yildiz, “Potential ambient energy-harvesting sources and techniques”, J. Technol. Studies, Vol. 35, no. 1, pp. 40-48, (2009). DOI: https://doi.org/10.21061/jots.v35i1.a.6
[2]. P. M. -Y. Fan, O. -Y. Wong, M. -J. Chung, T. -Y. Su, X. Zhang, P. -H. Chen, “Energy Harvesting Techniques: Energy Sources, Power Management and Conversion”, IEEE ECCTD, (2015).
[3]. S. M. Demir, F. A. -Turjman, A. Muhtaroglu, “Energy Scavenging Methods for WBAN Applications: A review”, IEEE sensors journal, Vol. 18, no. 16, pp. 6477-6488, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2018.2851187
[4]. B. Clerckx, R. Zhang, R. Schober, D. W. K. Ng, D. I. Kim, H. V. Poor.: “Fundamentals of Wireless Information and Power Transfer: From RF Energy Harvester Models to Signal and System Designs”, IEEE Journal on selected areas in communications, Vol. 37, no. 1, pp. 4-33, (2019). DOI: https://doi.org/10.1109/JSAC.2018.2872615
[5]. M. Pinuela, P. D. Micheson, S. Lucyszyn, “Ambient RF Energy Harvesting in Urban and Semi-Urban Environments”, IEEE transactions on microwave theory and techniques, Vol. 61, pp. 2715-2726, (2013). DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2262687
[6]. A. S. Andrenko, X. Lin, M. Zeng, “Outdoor RF Spectral Survey: a Roadmap for Ambient RF Energy Harvesting”, IEEE TENCON, (2015). DOI: https://doi.org/10.1109/TENCON.2015.7373140
[7]. K. Ishibashi, J. Ida, L. T. Nguyen, R. Ishikawa, Y. Satoh, D. M. Luong, “RF characteristics of rectifier devices for ambient RF energy harvesting,” ISESD Conference, (2019). DOI: https://doi.org/10.1109/ISESD.2019.8909660
[8]. K. Kotani, T. Ito, “High efficiency Differential-Drive CMOS Rectifier for UHF RFIDs”, IEEE J. Solid-State Circuits, (2009). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2009.2028955
[9]. K. Bhatt, S. Kumar, P. Kumar, C. C. Tripathi, “Highly Efficient 2.4 and 5.8 GHz Dual-Band Rectenna for Energy Harvesting Applications”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, pp 1-5, (2019). DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2946911
[10]. M. Stoopman, S. Keyrouz, H. J. Visser, K. Phillips, W. A. Serdijn, “Co-Design of a CMOS Rectifier and Small Loop Antenna for Highly Sensitive RF Energy Harvesters”, IEEE J. Solid-State Circuits, pp. 622-634, (2014). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2014.2302793
[11]. K. R. Sadagopan, J. Kang, Y. Ramandass, A. Natarajan, “A cm-Scale 2.4 GHz Wireless Energy Harvester with Nano Watt Boost Converter and Antenna Rectifier Resonance for WiFi Powering of Sensor Node”. IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 53, pp. 3396 - 3406, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2018.2875465
[12]. T. L Nguyen, Y. Sato, K. Ishibashi, “A 2.77 uW Ambient RF Energy Harvesting using DTMOS Cross-Coupled Rectifier on 65 nm SOTB and Wide Bandwidth System Design”, MDPI Electronics, Vol. 8(10), 1173, (2019). DOI: https://doi.org/10.3390/electronics8101173
[13]. T. H. Lee, “The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits”, Cambridge, Chapter “Passive RLC networks”, (2004).
[14]. J. Kang, P. Chiang, A. Natarajan, “A 3.6 cm2 Wirelessly-Powered UWB SoC with -30.7dBm Rectifier Sensitivity and Sub-10cm Range Resolution”, IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, pp 255-258, (2015). DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC.2015.7337753
