Revision: A High-Efficiency Inverse Class-F Microwave Rectifier for Wireless Power Transmission

El autor presenta un rectificador de microondas de clase F inverso compuesto por el diodo Schottky HSMS2860, logrando una eficiencia del 80,4\% a una potencia de entrada de 13 dBm en un ancho de banda de 2.25 a 3 GHz. Detalla su red de terminación armónica de $\lambda/8$ y $\lambda/12$ para una red de terminación armónica clase F-1\

 

La metodología combina simulaciones con software ADS y pruebas de laboratorio para optimizar parámetros como la eficiencia y la impedancia.

 Usos

Este sistema WPT está destinado a aplicaciones de recolección de energía y dispositivos autónomos, como en ciudades inteligentes o redes de IoT

materiales

a describe el diseño de un rectificador basado en el diodo Schottky HSMS2860

y la superposición de estos Consta de un condensador de bloque de CC C1, Diodo Schottky HSMS2860 (con resistencia en serie Rs = 6, capacitancia de unión de polarización cero Cj0 = 0,18 pF, voltaje de ruptura Vbr = 7 V y potencial incorporado Vbi = 0,65 V)

generador de señales (Agilent N5171B)

 acoplador bidireccional  (PE2CP1019 con acoplamiento de 20 dB y directividad de 15 dB)

ventajas

, compacidad y baja pérdida de inserción, y también puede lograr una mayor eficiencia al implementar una topología clase F-1. .

usos mensionados 

 redes de sensores inalámbricos, dispositivos médicamente implantados, etc., además de que pueden conducir a la realización de entornos inteligentes (Internet de las cosas, ciudades inteligentes

Aplicaciones en redes de sensores inalámbricos y dispositivos médicos implantados. 

topologia

 Entre el hardware esencial destaca la red de terminación armónica, que mejora la eficiencia al reducir la superposición de armónicos de corriente y voltaje

se presenta la topología del rectificador clase F inversa (clase F-1)

}conectando una línea de transmisión de extremo abierto λ/12 en paralelo con el cátodo del diodo, y una línea de transmisión de extremo corto λ/8 en serie con el ánodo del diodo

(a) Rectificador clase F-1 propuesto y formas de onda de corriente y voltaje ideales clase F y clase F-1 en el dominio del tiempo.

 Consta de un condensador de bloque de CC C1, Diodo Schottky HSMS2860  , una red de terminación armónica, un filtro de CC (L1 y C2) y una carga resistiva RL

Funcionamiento

El sistema opera en fases que incluyen la captura de energía RF, rectificación, filtrado y conversión a DC, aprovechando la cancelación de armónicos en las formas de onda de corriente y voltaje para minimizar pérdidas en el diodo Schottky HSMS2860

Parametros

eficiencia de conversión máxima del 80,4 % para una potencia de entrada de 13 dBm a 2,35 GHz, y una eficiencia superior al 60 % dentro del ancho de banda de 2,25 a 3 GHz y para una amplia gama de cargas de salida. 

Red de terminación armónica compacta, formada por líneas de transmisión de λ/12 y λ/8. La estructura logra una eficiencia de conversión del 80.4% a 2.35 GHz y un funcionamiento estable entre 2.25-3 GHz​

a corriente positiva residual se debe a Cj0 , que presenta una reactancia relativamente pequeña a 2,45 GHz e induce una corriente grande cuando el diodo se apaga). 

Fig. 2. (a) Configuración de medición y (b) eficiencia de conversión simulada y medida en función de la frecuencia (Pin = 13 dBm, RL = 350), (c) en función de Pin ( f0 = 2,35 GHz, RL = 350), y (d) como función de RL (Pin = 13 dBm, f0 = 2,35 GHz)

Se fabricó un prototipo sobre un sustrato dieléctrico F4BM220 (εr = 2,2, tan δ = 0,0007) con un espesor de 0,5 mm (se utilizaron componentes Murata de chip 0402)

software usado 

La estructura del rectificador clase F-1 en la Fig. 1 (a) se ha optimizado con el software comercial Advanced Design System (ADS) 

bibliografia

[1] F. Zhao, D. Inserra, G. Wen, J. Li, and Y. Huang, “A High-Efficiency Inverse Class-F Microwave Rectifier for Wireless Power Transmission,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 29, no. 11, pp. 725–728, 2019, doi: 10.1109/LMWC.2019.2944525.