《電子技術(shù)應(yīng)用》
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雙頻段環(huán)境射頻能量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
俞夢(mèng)緣1,溫 翾2,,游 彬1
1.杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院,浙江 杭州310018,;2.杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,浙江 杭州310018
摘要: 提出了一個(gè)基于GSM-1800和WiFi頻段的環(huán)境射頻能量采集系統(tǒng),。該系統(tǒng)由雙頻圓極化天線,、雙頻整流電路和負(fù)載組成。圓極化天線的阻抗帶寬為1 GHz~2.6 GHz,,軸比帶寬為1.78 GHz~1.96 GHz和2.37 GHz~2.59 GHz,。設(shè)計(jì)的雙頻整流器在1.825 GHz單頻輸入10 dBm的情況下,RF-DC最高效率為44%,。在2.45 GHz輸入功率為8 dBm情況下,,RF-DC最高效率為49%。在雙頻輸入功率為7.5 dBm時(shí)的最大RF-DC轉(zhuǎn)換效率為53%,,直流電壓為1.73 V,。將設(shè)計(jì)的雙頻帶能量采集系統(tǒng)放在路由器和被撥打的手機(jī)附近,可點(diǎn)亮一個(gè)LED燈實(shí)現(xiàn)其能量采集功能。
中圖分類(lèi)號(hào): TN710
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200997
中文引用格式: 俞夢(mèng)緣,,溫翾,,游彬. 雙頻段環(huán)境射頻能量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2021,,47(5):122-125,,130.
英文引用格式: Yu Mengyuan,Wen Xuan,,You Bin. Design of dual-band RF energy collection system in environment[J]. Application of Electronic Technique,,2021,47(5):122-125,,130.
Design of dual-band RF energy collection system in environment
Yu Mengyuan1,,Wen Xuan2,You Bin1
1.Electronic Information College,,Hangzhou Dianzi University,,Hangzhou 310018,China,; 2.Information Engineering School,,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,,China
Abstract: This paper proposed an environmental RF energy acquisition system based on GSM-1800 and WiFi frequency bands. The system consists of a dual-frequency circularly polarized antenna, a dual-frequency rectifier circuit and a load. The impedance bandwidth of the circular polarization antenna is 1 GHz~2.6 GHz, and the axial ratio bandwidth is 1.78 GHz~1.96 GHz and 2.37 GHz~2.59 GHz. The designed dual-frequency rectifier has a maximum RF-DC efficiency of 44% when the 1.825 GHz single-frequency input is 10 dBm. In the case of 2.45 GHz input power of 8 dBm, the highest RF-DC efficiency is 49%. When the dual-frequency input power is 7.5 dBm, the maximum RF-DC conversion efficiency is 53% and the DC voltage is 1.73 V. Placing the designed dual-band energy harvesting system near the router and the phone being called, an LED light can be lit to realize its energy harvesting function.
Key words : circular polarization,;dual-band;rectenna,;environmental energy harvesting

0 引言

    環(huán)境射頻能量收集是一種為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中使用的設(shè)備供電的潛在應(yīng)用,,這可能有助于實(shí)現(xiàn)如醫(yī)療、保健,、環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施管理[1-2],。隨著無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施(如WiFi、蜂窩和廣播系統(tǒng))的部署不斷增加,,環(huán)境RF信號(hào)的功率密度通常已變得足夠大,,足以支持用于IoT應(yīng)用的自持式和低功率設(shè)備[3]

    目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了各種單頻帶采集系統(tǒng)來(lái)收集各種頻帶的RF能量,,GSM-900[4],、GSM-1800[5]、3G[5]和WiFi[6]等,。然而,,因?yàn)榄h(huán)境射頻功率密度極低,因此可以利用設(shè)計(jì)多頻帶的能量采集系統(tǒng)來(lái)提高收集效率,。如文獻(xiàn)[7]提出了一款可收集環(huán)境中的GSM900和GSM-1800頻段RF能量的系統(tǒng),,通過(guò)增加接收天線的端口來(lái)提高采集效率,該系統(tǒng)可以提供大于3.2 V的輸出直流電壓,,大于-10 dBm的輸出直流功率以及大于42%的RF-DC效率,。文獻(xiàn)[8]提出的雙頻射頻能量采集系統(tǒng)可采集2.45 GHz WiFi和3.5 GHz WiMAX頻段的能量。通過(guò)提出的樹(shù)狀天線和引入的兩個(gè)不同的徑向分支組成的匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高系統(tǒng)效率,。輸入功率為0 dBm時(shí),,在2.45 GHz下,觀察到最大轉(zhuǎn)換效率為60%,;在3.5 GHz下,,最大轉(zhuǎn)換效率為53%。因此可以從系統(tǒng)的接收天線和匹配電路進(jìn)行設(shè)計(jì),。為了最大限度地利用環(huán)境射頻能量,,可以利用頻域來(lái)充分利用環(huán)境射頻環(huán)境以及雙頻[9-10]、三頻[11]和四頻[5]等已經(jīng)有學(xué)者實(shí)現(xiàn),。




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作者信息:

俞夢(mèng)緣1,,溫  翾2,游  彬1

(1.杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院,,浙江 杭州310018,;2.杭州電子科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,浙江 杭州310018)

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