双频段环境射频能量采集系统的设计
2021年电子技术应用第5期
俞梦缘1，温 翾2，游 彬1
1.杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州310018；2.杭州电子科技大学 信息工程学院，浙江 杭州310018
摘要：提出了一个基于GSM-1800和WiFi频段的环境射频能量采集系统。该系统由双频圆极化天线、双频整流电路和负载组成。圆极化天线的阻抗带宽为1 GHz～2.6 GHz，轴比带宽为1.78 GHz～1.96 GHz和2.37 GHz～2.59 GHz。设计的双频整流器在1.825 GHz单频输入10 dBm的情况下，RF-DC最高效率为44%。在2.45 GHz输入功率为8 dBm情况下，RF-DC最高效率为49%。在双频输入功率为7.5 dBm时的最大RF-DC转换效率为53%，直流电压为1.73 V。将设计的双频带能量采集系统放在路由器和被拨打的手机附近,可点亮一个LED灯实现其能量采集功能。
中图分类号：TN710
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200997
中文引用格式：俞梦缘，温翾，游彬. 双频段环境射频能量采集系统的设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200997
中文引用格式：俞梦缘，温翾，游彬. 双频段环境射频能量采集系统的设计[J].电子技术应用，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
环境射频能量收集是一种为物联网(IoT)中使用的设备供电的潜在应用，这可能有助于实现如医疗、保健、环境和基础设施管理[1-2]。随着无线通信基础设施(如WiFi、蜂窝和广播系统)的部署不断增加，环境RF信号的功率密度通常已变得足够大，足以支持用于IoT应用的自持式和低功率设备[3]。
目前已经设计了各种单频带采集系统来收集各种频带的RF能量，GSM-900[4]、GSM-1800[5]、3G[5]和WiFi[6]等。然而，因为环境射频功率密度极低，因此可以利用设计多频带的能量采集系统来提高收集效率。如文献[7]提出了一款可收集环境中的GSM900和GSM-1800频段RF能量的系统，通过增加接收天线的端口来提高采集效率，该系统可以提供大于3.2 V的输出直流电压，大于-10 dBm的输出直流功率以及大于42％的RF-DC效率。文献[8]提出的双频射频能量采集系统可采集2.45 GHz WiFi和3.5 GHz WiMAX频段的能量。通过提出的树状天线和引入的两个不同的径向分支组成的匹配网络来提高系统效率。输入功率为0 dBm时，在2.45 GHz下，观察到最大转换效率为60％；在3.5 GHz下，最大转换效率为53％。因此可以从系统的接收天线和匹配电路进行设计。为了最大限度地利用环境射频能量，可以利用频域来充分利用环境射频环境以及双频[9-10]、三频[11]和四频[5]等已经有学者实现。
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作者信息:
俞梦缘1，温 翾2，游 彬1
(1.杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州310018；2.杭州电子科技大学 信息工程学院，浙江 杭州310018)
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