Revision: Analysis and Design of Inductive and Capacitive Hybrid Wireless Power Transfer System for Railway Application

 Se propone un sistema híbrido inductivo y capacitivo HWPT , con una potencia de entrada de 745 W y una salida de 653 W con una eficiencia del 87,7\%, trabajando a 1 MHz , el sistema IPT con compensación SS y el sistema CPT con compensación LC de doble cara se combinan. 

propone un sistema híbrido de transferencia de energía inalámbrica (HWPT) inductivo y capacitivo para mejorar la capacidad antidesalineación del acoplador del sistema. 

Con la teoría de superposición se analiza en detalle el sistema propuesto. Luego se diseña un sistema a escala. Para verificar el rendimiento del sistema HWPT propuesto, se organiza un experimento.

Otros ejemplos de WPT inductiva y capacitiva

Este artículo es una extensión de un trabajo previo

La Sección II describe el análisis detallado del sistema HWPT propuesto con el teorema de superposición.

Modelo de circuito equivalente 

s ecuaciones para describir C

 En la Sección III se diseña un ejemplo del sistema HWPT.

 La Sección IV presenta la configuración experimental y los resultados medidos. 

Finalmente, las conclusiones se extraen en la Sección V.

. 

Uso 

Aplicaciones ferroviarias 

Teoria

 El sistema IPT necesita un condensador para compensar el sistema

 el sistema CPT requiere un inductor para sintonizar el sistema.

 Por lo tanto, el acoplador IPT se puede utilizar para compensar el acoplador CPT y viceversa.

Funcionamiento

Los acopladores de IPT y CPT se emplean juntos para compensarse entre sí y transferir energía juntos. 

, el sistema IPT con compensación SS y el sistema CPT con compensación LC de doble cara se combinan en un sistema híbrido para aplicaciones ferroviarias. El sistema HWPT propuesto puede mejorar efectivamente la capacidad antidesalineación con canales de transferencia IPT y CPT en comparación con el sistema único acoplado IPT y CPT. La estructura y los principios de funcionamiento del sistema HWPT se presentan en detalle. Se diseña un sistema de reducción de escala para validar el método propuesto

Proceso de diseño del sistema HWPT propuesto.

Estructura

. Sistema HWPT propuesto para aplicaciones ferroviarias.

se utiliza un inversor de puente completo en el lado primario para proporcionar una excitación de CA para la red de compensación, y un rectificador de puente completo se utiliza en el lado secundario para proporcionar CC a la fuente de salida. La topología de compensación del circuito es similar a la topología de compensación LC doble 

 excepto que se utilizan bobinas de acoplamiento inductivo LP y LS entre el inductor de compensación L1 y L2 y el acoplador capacitivo tanto en el lado del transmisor como en el del receptor. Para el sistema CPT, normalmente se requieren cuatro placas para formar dos canales de transferencia. En el sistema ferroviario, el tren suele estar conectado a las vías a través de ruedas metálicas. Puede formar una ruta de retorno de corriente natural

Parametros

 el sistema HWPT propuesto puede alcanzar una potencia de salida de 653 W con una eficiencia CC-CC del 87,7 % en condiciones bien alineadas, y la variación máxima de la potencia de salida es del 8,3 % con una desalineación del acoplador de 0 a 270 mm (ancho medio). del acoplador), que concuerdan bien con los resultados del análisis.

En la misma condición de desalineación, solo se prueban los sistemas acoplados IPT y CPT, y los resultados experimentales muestran que la variación máxima de la potencia de salida del IPT o CPT monoacoplado es 232% y 33%, por separado. 

, la frecuencia de operacion del sistema HWPT se fija en 1 MHz

a placa transmisora P2 y la placa receptora P3 están hechas de placas cuadradas de aluminio del mismo tamaño de 500 × 500 mm. Se utilizan dos placas de aluminio más grandes, de 600 × 600 mm, para simular el vehículo P1 y el suelo P4. El espesor de todas las placas es de 1 mm. El diámetro interior de las bobinas de acoplamiento es de 510 mm

El alambre Litz se utiliza para modelar las ruedas que conectan P1 y P4 directamente. Los condensadores externos Cex1 y Cex2 son ambos de 183 pF. Dado que el área opuesta entre las bobinas y las placas es pequeña y la distancia d2 entre ellas es de 20 mm, las capacitancias parásitas entre ellas se desprecian.

Bibliografia

B. Luo, T. Long, L. Guo, R. Dai, R. Mai, and Z. He, “Analysis and Design of Inductive and Capacitive Hybrid Wireless Power Transfer System for Railway Application,” in IEEE Transactions on Industry Applications, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., May 2020, pp. 3034–3042. doi: 10.1109/TIA.2020.2979110.

Revision: Efficient Rectifier for Wireless Power Transmission Systems

Describe un rectificador de puente completo y un conjunto de antenas receptoras para WPT, un transmisor de alta potencia, alcanza eficiencias del 86\% y 75\% a 350 mW para 50 cm en 1,7 GHz y 2,4 GHz, respectivamente 

Describe un rectificador de puente completo y un conjunto de antenas receptoras para su funcionamiento en un (WPT). 

 demostración de un sistema de seguimiento de haz de alta potencia para escenarios WPT, que es diferente de los esquemas de acoplamiento de campo cercano

diseño del rectificador, sus mediciones de laboratorio y el funcionamiento en un sistema de microondas de seguimiento automático retrodireccional de este tipo

enfoque novedoso basado en señales de entrada multitono en fase para mejorar la eficiencia del rectificador.

La transferencia o transmisión de energía inalambrica (WPT)

Parametros

  El rectificador mide 4,5 cm por 2 cm y puede ofrecer una eficiencia de rectificación de RF a CC superior al 86 % y al 75 % a 27 dBm para una señal de entrada a 1,7 GHz y 2,4 GHz, respectivamente.

Materiales

usos

cargar de forma inalámbrica las baterías de dispositivos electrónicos domésticos, como teléfonos inteligentes, tabletas o dispositivos IoT.

Funcionamiento

 transmisor de alta potencia que utiliza ondas de espacio libre polarizadas circularmente y que se basa en la tecnología de conjunto de antenas retrodireccionales para aumentar la potencia total de RF recibida en la entrada de la rectenna.

 . También se desarrolla un Este componente del circuito rectificador también se puede utilizar en otras aplicaciones de comunicación o sistemas WPT. Por ejemplo, para convertir en CC las señales de RF recibidas o la potencia en el campo cercano y lejano radiante.

un sistema WPT utilizando ondas de espacio libre de un módulo transmisor para rectificar la potencia de RF 

 la batería del DUC podría cargarse continuamente cuando se encuentra cerca del MTS desarrollado. Esto puede soportar un funcionamiento ininterrumpido y menos intervenciones de reemplazo y carga de la batería para teléfonos inteligentes o dispositivos IoT, 

 Los valores de CC convertidos en el campo cercano son superiores a 24,7 dBm. Además, las simulaciones y mediciones muestran una buena concordancia para el rectificador en términos de eficiencias de conversión de RF a CC y mínimas ondulaciones de corriente y voltaje de CC, al tiempo que se considera un rango de niveles de potencia, tipos de carga de batería y frecuencias de entrada. Esto hace que el circuito rectificador activo sea adecuado para muchas aplicaciones que requieren WPT, como teléfonos inteligentes, dispositivos IoT, dispositivos portátiles y otros dispositivos electrónicos domésticos. El trabajo futuro puede incluir el diseño de un nuevo RDA de banda dual y otros sistemas de transmisión dinámica para aplicaciones WPT, al tiempo que se consideran las comunicaciones de datos. Esto puede mejorar la capacidad de carga de DUC móvil y las características operativas del MTS.

estructura

Configuración de medición del rectificador de banco. 

bibliografia

[1] S. A. Rotenberg, S. K. Podilchak, P. D. H. Re, C. Mateo-Segura, G. Goussetis, and J. Lee, “Efficient Rectifier for Wireless Power Transmission Systems,” IEEE Trans Microw Theory Tech, vol. 68, no. 5, pp. 1921–1932, May 2020, doi: 10.1109/TMTT.2020.2968055.

Revision: Auto-Resonant Tuning for Capacitive Power and Data Telemetry Using Flexible Patches

  Este artículo muestra un C-WPDT resonante, con frecuencia de portadora entre 0.1 y 3.5 MHz hasta 170 kbps para implantes biomédicos a 8mm. En el transmisor se compone de circuito de administración  a de energía, un microcontrolador MSP430F5528, un transceptor Bluetooth y un controlador de clase D. en el receptor usa rectificador, un circuito de administración de energía, un decodificador de datos, un microcontrolador y un estimulador eléctrico , parches flexibles, conformables y biocompatibles, alcanzando una potencia de 150 mW y una eficiencia del 54\% en piel de 1,5 a 2 mm de espesor

• Estructura del sistema: El sistema C-WPDT consta de una unidad lateral externa y una unidad lateral del implante, ambas fabricadas en placas de circuito impreso (PCB). La unidad externa incluye componentes como un circuito de administración de energía, un microcontrolador, un transceptor Bluetooth y un controlador de clase D, mientras que la unidad de implante incluye un rectificador, un circuito de administración de energía, un decodificador de datos, un microcontrolador y un estimulador eléctrico [1].

• Fases de operación: el sistema funciona mediante redes sintonizadas por resonancia con parches capacitivos flexibles. Incluye una sección de calibración autorresonante para compensar las variaciones de los parámetros de la interfaz en tiempo real. El sistema logra la transferencia simultánea de energía y datos a través del tejido ex vivo para controlar un estimulador eléctrico [2].

• Hardware clave: Entre los componentes de hardware más destacados se incluyen un controlador de potencia de clase D con ajuste automático de resonancia y un decodificador de datos adaptativo en la parte del implante para una recuperación de datos fiable [1] [3].

• Parámetros logrados: El objetivo del sistema es mejorar la eficiencia de la transferencia de energía (PTE) y la pérdida de suministro de energía (PDL) ajustando las frecuencias de resonancia y utilizando parches flexibles, conformes y biocompatibles. Se logra un PTE máximo de 54 a una frecuencia de operación baja de 1,6 MHz [4].

  
  
  

• Información relevante para el diseño: El sistema utiliza una técnica de calibración de la frecuencia portadora sin necesidad de retrotelemetría, lo que proporciona alimentación inalámbrica y capacidades de transferencia de datos. Funciona a bajas frecuencias para gestionar la desintonización resonante de forma eficaz con un presupuesto de energía reducido [5].

• Metodología: La metodología consiste en utilizar redes sintonizadas por resonancia con parches capacitivos, implementar la calibración autorresonante para obtener una compensación en tiempo real y lograr la transferencia inalámbrica de energía y datos a través del tejido [2].

• Resultados: El sistema demuestra satisfactoriamente las capacidades inalámbricas de transferencia de datos y alimentación a través del tejido, lo que permite lograr mejoras significativas en la PTE y la PDL. El sistema funciona de manera eficiente a bajas frecuencias, lo que simplifica los requisitos de diseño [4] [2].

• Conceptos teóricos: El sistema explica conceptos como el ajuste de la frecuencia de resonancia, el ajuste de la red de distribución de energía y el impacto de la flexión en los parámetros de los parches. Destaca la importancia de comprender los parámetros de enlace para la gestión de los cambios de frecuencia [6].

• Aplicaciones: El sistema C-WPDT encuentra aplicaciones para alimentar y controlar estimuladores eléctricos de forma inalámbrica a través del tejido, lo que demuestra su potencial en las tecnologías de implantes biomédicos [2].

El WPDT capacitivo (C-WPDT)

Los parches flexibles y conformables

una técnica de calibración de frecuencia portadora para la estrategia C-WPDT con parches flexibles sin necesidad de retrotelemetría

 Discutimos el modelo de interfaz CWPDT subyacente y el diseño del sistema en la Sección II,

 la configuración experimental y los resultados en la Sección III, 

y las conclusiones en la Sección IV

Usos

 implantes biomédicos a través de un enlace capacitivo resonante.

Materiales

láminas de cobre encapsuladas en Kapton

estructura

 Se adoptan parches flexibles, conformables y biocompatibles con una técnica de calibración automática de frecuencia resonante por primera vez. 

Se han desarrollado una red de retroalimentación de voltaje, un controlador de clase D y un algoritmo personalizado para la calibración de baja sobrecarga. 

Diagrama de bloques del sistema de unidades externas e internas (IMD) para energía inalámbrica y telemetría de datos mediante parches capacitivos

Diseño del sistema El sistema de implante C-WPDT propuesto adopta una red sintonizada resonante mediante el uso de parches capacitivos flexibles con superficie aislada (P1 a P4). El diagrama de bloques del sistema se muestra en la Fig. 3 (a). El lado/unidad externo consta de un circuito de administración de energía, un microcontrolador, un transceptor Bluetooth de baja energía (BLE), un controlador Clase D (un convertidor de puente H que incluye interruptores S1 a S4 junto con inductores de sintonización resonantes L1 y L2) y una red de retroalimentación para una operación automática de calibración de frecuencia resonante. El lado del implante consta de un puente rectificador Schottky, un filtro condensador, un circuito de gestión de energía, un decodificador de datos adaptativo, un microcontrolador de potencia ultrabaja y un estimulador eléctrico. El implante y las unidades externas se realizan en placas de circuito impreso (PCB), como se analiza más adelante en la Sección III

Parametros

Experimentos basados ​​en tejido de piel de pollo ex vivo con parches capacitivos conformables y flexibles de 4 cm2 demostraron el método.  

Los resultados experimentales muestran que la potencia entregada a la carga (PDL) del enlace se extiende hasta 150 mW 

 la máxima eficiencia de transferencia de potencia (PTE) del enlace es del 54%. 

Se ha logrado una transferencia de datos simultánea con una velocidad de hasta 170 kbps 

junto con la transferencia de potencia utilizando tejido de piel biológica de 1,5 a 2 mm de espesor.

Funcionamiento

(a) Diagrama de bloques del sistema de unidades internas y externas (IMD) para telemetría de datos y energía inalámbrica mediante parches capacitivos. (b) La arquitectura de la calibración automática de frecuencia de resonancia junto con la red de retroalimentación. (c) Un algoritmo de detección de picos digitales para la calibración o sintonización automática de frecuencia de resonancia.

Configuración de medición utilizando sondas diferenciales activas (AD) para adquisición de datos PTE y PDL.

 presentó un esquema capacitivo para transferir energía y datos simultáneamente a través de tejidos de piel biológicos in vitro. Los parches capacitivos presentados son flexibles, conformables y biocompatibles, y están hechos de láminas de cobre encapsuladas en Kapton.

 Se ha desarrollado un controlador de potencia basado en amplificador de clase D, una red de retroalimentación y un algoritmo novedoso que presenta calibración y ajuste automáticos de la frecuencia portadora resonante.

 El esquema demostró un enfoque práctico para compensar los cambios en los parámetros del modelo de enlace capacitivo equivalente, sin ningún hardware adicional en el lado del implante o telemetría posterior. También se ha informado de una demostración de aplicación para controlar un estimulador eléctrico implantable a través de una aplicación de teléfono inteligente.

La salida de un solo extremo se alimentó a un ADC de 12 bits en el microcontrolador (MSP430F5528, Texas Instruments, EE. UU.). El firmware lee los datos del ADC mientras recorre un rango de frecuencias portadoras (por ejemplo, 100 kHz a 3,5 MHz; 70 kHz o 48 pasos). El voltaje portador óptimo/más alto posible aparece entre los parches P1 y P2, a una frecuencia de resonancia particular. El microcontrolador registra el voltaje y la frecuencia correspondientes a través del hardware de la red de retroalimentación, así como el algoritmo de detección de picos digital en el software

Bibliografia

[1] S. Nag, A. Koruprolu, S. M. Saikh, R. Erfani, and P. Mohseni, “Auto-Resonant Tuning for Capacitive Power and Data Telemetry Using Flexible Patches,” IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 67, no. 10, pp. 1804–1808, Oct. 2020, doi: 10.1109/TCSII.2019.2955568.

Revision: Experimental Verification and Design Guidelines for Efficient Ultrasonic Power Transfer Using Capacitive Parametric Ultrasonic Transducers

se implementa y utiliza un modelo CPUT que utiliza el método del elemento límite (BEM) para modelar conjuntos de membranas para estudiar los efectos del comportamiento multimodo en la transferencia de energía. Los resultados indican que las CPUT con geometrías de membrana micromecanizadas prácticas pueden proporcionar niveles de eficiencia adecuados para la transferencia remota de energía

primero se valida experimentalmente un modelo CPUT multidimensional que incorpora un modelo de matriz CMUT de señal grande luego se utiliza para estudiar cómo el comportamiento multimodo de las matrices de membranas afecta la transferencia de energía. Los resultados revelan si los modos de matriz de orden superior son beneficiosos para mejorar la eficiencia de transferencia de energía y contribuirán a las pautas para un diseño óptimo de CPUT

Diagrama de bloques de Simulink de CPUT con modelo de matriz BEM. Las entradas son la intensidad del forzado ultrasónico y, opcionalmente, una polarización de CC. La salida de interés es la potencia a través de la carga Rs. [1

parametros

Para validar el modelo BEM CPUT, se realizó un experimento de transferencia de energía utilizando una matriz de 36 x 10 de 70 x 70 µm. membranas para obtener datos de eficiencia versus resistencia de carga a una frecuencia de forzado de 2,4 MHz.

.Se diseñaron dos conjuntos de CPUT para alcanzar frecuencias operativas en el rango de 300 kHz-1,5 MHz a través de diferentes medios

El primer diseño es una matriz de 10 x 10 de membranas de 70 x 70 µm con una frecuencia de membrana única de 1,01 MHz. Cada membrana consta de una membrana de nitruro de silicio de 500 nm y un electrodo de plata de 400 nm, junto con una carga de masa de oro de 23 x 23 x 1 µm para aumentar el factor de calidad mecánica y forzar a las membranas a operar en su primer modo. Se utilizó el análisis de elementos finitos en COMSOL para iterar y optimizar el espesor del electrodo y el ancho de la carga de masa para lograr una frecuencia de membrana de 1 MHz. El segundo diseño es una matriz de 16 x 16 de membranas de 40 x 40 µm con una frecuencia de modo de matriz (a diferencia de una sola membrana) de alrededor de 1 MHz. Para ello, se determinó que la frecuencia de la membrana única debía estar cercana a los 3 MHz; por lo tanto, la dimensión de la membrana se redujo a 40 µm. El tamaño de la matriz se aumentó de modo que el área general permaneció aproximadamente igual a la matriz de 10 x 10; esto mantiene la impedancia de radiación general aproximadamente igual entre los dos diseños. 

GEOMETRÍAS DE MEMBRANA

Entre el diseño de baja y alta frecuencia, la eficiencia de transferencia de energía puede alcanzar hasta el 25%

Observando la CPUT de baja frecuencia, con una intensidad de entrada de 75 W/m2, 66,6 µW y 0,45 V CC, se aprovecha una carga de 3000 Ω con una eficiencia del 21,3 % a 300 kHz. En las mismas condiciones de entrada, el funcionamiento a 475 kHz sólo proporciona 8,2 µW (0,07 V CC) en una carga de 600 Ω con una eficiencia del 6,1 %

, la intensidad de entrada se puede aumentar más allá de 160 W/m2 en el modo de 300 kHz sin una disminución significativa de la eficiencia, mientras que en el modo de 475 kHz, la eficiencia comienza a disminuir una vez que la intensidad de entrada aumenta más allá de 70 W/m2

el segundo modo de matriz de la matriz CPUT de alta frecuencia proporciona una mejor operación de transferencia de energía. A 1,55 MHz, se pueden aprovechar 92,5 µW en una carga de 140 Ω (0,11 V CC) con una eficiencia del 22,4 %, mientras que el primer modo de matriz solo proporciona 22,0 µW en una carga de 160 Ω (0,06 V CC) con una eficiencia del 11,3 %

ventaja de las bobinas

 . Puede funcionar mejor a mayores profundidades de penetración, proporcionar más potencia total debido a límites de seguridad más altos en el tejido y tener factores de forma más pequeños que las bobinas de inducción

 Bibliografia

[1] C. Wei, S. Surappa, and F. L. Degertekin, “Experimental verification and design guidelines for efficient ultrasonic power transfer using capacitive parametric ultrasonic transducers,” in IEEE International Ultrasonics Symposium, IUS, IEEE Computer Society, Sep. 2020. doi: 10.1109/IUS46767.2020.9251408.

Revision: Wireless Power Transmission for the Internet of Things (IoT)

 Habla de como los dispositivos iot son dependientes de las baterias. 

adecuada para la banda S. 

usos mensionados

dispositivos móviles y portátiles, electrodomésticos y equipos de oficina, y vehículos eléctricos

Parametros

Frecuencia de funcionamiento fr = 2,45 GHz

Velocidad de la luz C = 3x108 m/s

L(H)= Inductancia en henrios

La ganancia de directividad de la antena de bobina. Los valores tabulados presentan los parámetros de la antena de bobina que se muestran en la Tabla 1. lo que se muestra en 2,419 GHz es 3,75 dB

una pérdida de retorno muy alta, -9.372 dB a la frecuencia diseñada de 2.462 GHz. El ancho de banda de unos 25 MHz (2,74%)

el coeficiente de reflexión medido (S11) en el gráfico de Magnitud. Era alrededor de -9,5 dB desde 2,455 GHz y no son los mismos resultados de simulación. Además, la antena puede alcanzar una ganancia máxima de 3,25 dBi.

La eficiencia de la radiación es del 77,23%.

Pérdida de retorno (S11), obtenemos una pérdida de retorno muy alta, -10,15 dB a la frecuencia diseñada de 2,462 GHz. 

LA EFICIENCIA DEL CIRCUITO COSECHADORA CAMBIA SEGÚN LA DISTANCIA DE LA BRECHA

La antena receptora de bobina alcanza un coeficiente de reflexión en una prueba real de -9,372 dB y la dirección de ganancia máxima de 5,399 dB en la frecuencia de funcionamiento

Cada circuito de cosechadora puede suministrar 1,92 V, por lo que el total del circuito de alta eficiencia de bobinas múltiples puede alcanzar 11,4 V y esta potencia es suficiente para encender la luz de forma inalámbrica.

Software usado

software de microondas CST

ADS keysight software

Schottky HSMS2850 (Avago)

0. Diagrama esquemático del circuito de recolección de microondas de un puente rectificador de onda completa con diodo HSMS 2850 (Agilent ADS)

funcionamiento

energía de microondas desde (Posición 1) al receptor (Posición 2) para encender una lámpara LED de 10 W a una distancia (50 metros)

sistema transmisor de microondas.

la estación portátil de transmisión de energía de microondas con una frecuencia de operación de fr = 2.45GHz y una potencia de microondas de 100 Watts. 

Estructura

La eficiencia de una antena de bobina depende de su geometría para cumplir con estos requisitos debido a su versatilidad de geometría posible y su sencilla integridad con los dispositivos IoT

Geometría de la antena basada en bobina propuesta.

El rectificador es un diodo Schottky cuya impedancia se adapta a los dipolos mediante un filtro de paso bajo. puente rectificador de onda completa,

 la señal del receptor es eficiente a través del circuito rectificador que utiliza diodos Schottky HSMS2850 (Avago)

El primer dispositivo de almacenamiento almacena y acumula carga a partir de la señal rectificada (CC) emitida por el circuito rectificador

sistema de respaldo almacenando energía en el dispositivo de batería de IoT

Diagrama de bloques del circuito cosechador propuesto.

. Sistema recolector de energía inalámbrico de alta eficiencia y bobina múltiple

Aportes

solo un circuito recolector de RF con el puente rectificador de onda completa no es suficiente para producir electricidad para cargar una batería en ningún dispositivo IoT

bibliografia

[1] M. Z. Chaari and S. Al-Maadeed, “Wireless Power Transmission for the Internet of Things (IoT),” in 2020 IEEE International Conference on Informatics, IoT, and Enabling Technologies, ICIoT 2020, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., Feb. 2020, pp. 549–554. doi: 10.1109/ICIoT48696.2020.9089547.

Revision: Wireless power transfer system for battery-less sensor nodes

 presenta el diseño y la implementación de un sistema inalámbrico de transferencia de energía e información totalmente integrado, que opera a 24 GHz y permite nodos de sensores sin batería

 MPT: Requiere un generador de microondas y una rectena para la recepción [1] 

Usos mensionados

aplicaciones emergentes en diferentes dominios, como la robótica de infraestructura, los dispositivos de Internet de las cosas (IoT), y redes de sensores , vehículos aéreos no tripulados (UAV), robots de inspección de tuberías de infraestructura y pequeños nodos de sensores sin batería 

Teoria

Frecuencias altas, menor tamaño de antena, Seguridad

24 Ghz para que no interfiera , mayor propagación y pérdidas atmosféricas, así como componentes semiconductores menos eficientes, compensar por  aumento proporcional en la directividad y la ganancia de las antena, huella de circuito reducida

Parámetros

 opera a 24 GHz 

modulación de retrodispersión a 868 MHz. para comunicar datos de forma inalámbrica,

 Los circuitos rectificadores tienen una eficiencia medida de hasta el 35 %, , un 10% mayor a trabajos pasados

 el duplicador de voltaje proporciona una eficiencia de rectificación máxima del 36% o 22% con el diodo MA4E2054A o SMS7621, respectivamente, para una resistencia de carga de 400 CC y una potencia de entrada de 12,5 dBm. 

. Se logró una potencia de salida de CC máxima de 0,51 mW para una potencia de transmisión de RF de 20 dBm (100 mW) a la distancia especificada de 0,15 m

del PTX de 20 dBm y el GRX de 13,8 dBi, la ganancia de la antena de bocina (GTX ) es de 17,1 dBi según su hoja de datos

Para el rectificador independiente, se observó un voltaje CC de salida máximo de 2,5 V con una eficiencia de conversión RF-DC del 35 % con una resistencia de carga de 200 y una potencia de entrada de 16 dBm a 24 GHz, lo que supone una mejora significativa con respecto a la última tecnología. La matriz MPA 4×4 tuvo una ganancia medida de 13,8 dBi y una buena pérdida de retorno en la frecuencia de interés.

las eficiencias de rectificación máximas obtenidas experimentalmente, 35% a 18 dBm de potencia de entrada para  rectificador en derivación, y 30% a 16 dBm de potencia de entrada para versión con doble voltaje,

La velocidad de datos alcanzada con esta configuración fue de 2400 bps

Materiales usados

 Los circuitos rectificadores utilizan diodos Schottky disponibles comercialmente para convertir la potencia de RF a CC

Super Capacitores

eysight N5247A PNA-X con calibración de carga corta

generador de señales Keysight E8267D configurado a 24 GHz

El módulo bladeRF se utiliza para generar una señal de onda continua (CW) a 868 MHz, con una potencia de salida de 14 dBm, 

n conectores Southwest Microwave de precisión de 2,4 mm

módulo de administración de energía (Texas Instruments BQ25570)

capacitor de 4,7 mF para almacenar la energía CC

 un módulo de radio definida por software (SDR) Nuand BladeRF

, la modulación de retrodispersión es impulsada por los paquetes de datos de carga útil generados por una unidad de microcontrolador (MCU) de potencia ultrabaja, como Texas Instruments MSP430 o un ST Microelectronics ARM M0+

Estructura 

El sistema consta de una fuente de alimentación de RF, un conjunto de antenas receptoras, un rectificador y un nodo sensor sin batería que se comunica mediante modulación de retrodispersión a 868 MHz.

Se diseñó un arreglo de antenas de parche microstrip (MPA) de 4×4, para recibir la potencia de RF y transferirla al circuito rectificador  

 Se diseñó una combinación de red de alimentación corporativa y en serie para conectar los parches. Se utilizó material de sustrato Rogers 3003 con un espesor de 0,51 mm, r = 3,0 y tangente de pérdida tan δ = 0,001

Conjunto plano de MPA 4 × 4, a). Diseño de matriz con dimensiones L1=L4=3,5 mm, L2=L3=4 mm, d1=d2=6 mm, S1=13,4 mm, S2=7,5 mm, S3=2,7 mm, S4=8,55 mm, b). Matriz fabricada.

Circuitos rectificadores fabricados a) duplicador de voltaje, b) derivación.

Configuración de medición para TIP a un nodo sensor sin batería, que contiene todos los componentes del sistema. El nodo del sensor está delineado ya que la figura ha sido editada para que sea más compacta

(i) el rectificador propuesto en configuración en derivación con un conjunto de antenas de parche de microcinta planas de 4 × 4, como se ilustra en la Fig. 13; 

(ii) módulo de administración de energía (Texas Instruments BQ25570), que utiliza un capacitor de 4,7 mF para almacenar la energía CC;

 (iii) un nodo sensor que utiliza un microcontrolador de baja potencia para implementar comunicación de retrodispersión a 868 MHz; y 

(iv) un módulo de radio definida por software (SDR) Nuand BladeRF que actúa como receptor de los datos del nodo sensor.

Muestra de rectina fabricada

Consiste en una fuente de RF que transmite potencia al nodo a 24 GHz para proporcionar suficiente energía para que se active y tome una única medición. De esta manera, se puede eliminar la necesidad de baterías

Funcionamiento

  utilizar un elemento de almacenamiento de energía físicamente pequeño, por ejemplo, un supercondensador, que se puede cargar mediante transferencia de energía inalámbrica a

El sensor sin batería transmitió datos a una estación base realizada como un flujo de radio GNU que se ejecuta en un módulo de radio definido por software bladeRF. para permitir el funcionamiento y la comunicación inalámbrica a una distancia de 0,15 metros.

modulación por desplazamiento de amplitud (ASK), con el 0 binario asociado con una reflexión alta y el 1 binario con una reflexión baja

Ojo

Ver regulaciones del pais

Bibliografia

[1] B. T. Malik, V. Doychinov, A. M. Hayajneh, S. A. R. Zaidi, I. D. Robertson, and N. Somjit, “Wireless power transfer system for battery-less sensor nodes,” IEEE Access, vol. 8, pp. 95878–95887, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2995783.