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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14180 (2023) Citer cet article

1 Altmétrique

Détails des métriques

Dans cet article, de nouveaux redresseurs multibandes compacts à haut rendement fournissant des tensions de sortie positives et négatives sont présentés pour les applications de récupération d'énergie. Les circuits doubleurs de tension proposés sont utilisés comme véritables alimentations en tension continue des récepteurs CMOS radiofréquence à ondes millimétriques. Les redresseurs multibandes en fonctionnement ont une structure complexe qui nécessitait davantage de réseaux de résonance pour forcer le redresseur à fonctionner en multibande. De nouveaux réseaux de résonance série et parallèle sont mis en œuvre pour forcer le redresseur à fonctionner en double bande à des fréquences de 850 et 1 400 MHz. Le réseau de résonance proposé élimine la variation d'impédance de la diode Schottky lorsque la puissance d'entrée ou la fréquence change, prend en charge l'adaptation d'impédance et minimise la perte d'insertion. Une nouvelle inductance microruban de forme sinusoïdale de haute qualité qui obtient un facteur de qualité supérieur à 65 sur la bande de fréquences de 200 à 1 400 MHz et une inductance égale à 14 ± 2 nH est conçue pour améliorer l'efficacité et améliorer les performances à de faibles niveaux de puissance. Le premier redresseur doubleur de tension RF suggéré avec retour de résonance série entre l'entrée et la cathode de la diode et résonance parallèle fonctionne sur deux bandes de fréquence de 850 et 1400 MHz et obtient un rendement de conversion maximal de 59 %, une tension continue de sortie saturée est de 2,5 V. , et l'efficacité de conversion est de 40 % à une puissance d'entrée RF de - 10 dBm. Ce doubleur de tension atteint le paramètre d'alimentation CC requis (1,1 V et 450 uA) pour polariser le récepteur d'ondes millimétriques à une puissance d'entrée RF de 0 dBm. Sinon, le deuxième redresseur de tension négative suggéré a un rendement de conversion simulé maximum de 65 %, la tension continue négative saturée est de - 3,5 V et le rendement de conversion est de 45 % à une puissance d'entrée RF de - 10 dBm. Le redresseur de tension négative obtient des paramètres d'alimentation CC (− 0,5 V et aucune condition de courant utilisée pour une polarisation de grille) à une puissance d'entrée de − 10 dBm.

Les sujets les plus importants dans la recherche sur les radiofréquences sont la récupération d'énergie (EH) et le transfert d'énergie sans fil (WPT). Les systèmes de télécommunication avec des niveaux de puissance élevés et une transmission de puissance sur de grandes distances sont plus pratiques pour utiliser le WPT. Alors que les systèmes à faible niveau de puissance sont les mieux adaptés à l’utilisation de la récupération d’énergie (EH). L'utilisation de batteries dans des appareils/systèmes à faible consommation est éliminée grâce à la récupération d'énergie par radiofréquence ambiante, comme dans la technologie de l'Internet des objets (IoT). En raison de l'expansion rapide des techniques sans fil, les sources d'énergie électromagnétiques telles que le WiFi, les appareils ISM et les réseaux cellulaires deviennent de plus en plus disponibles et éligibles à la récupération d'énergie1. Afin de capter le plus d'énergie possible, les redresseurs EH doivent fonctionner en large bande ou en multi-bande. Néanmoins, il est difficile de concevoir des redresseurs multibandes2 ou large bande3 avec un rendement de conversion élevé et une large plage de puissance d’entrée. La raison vient de la variation non linéarité de l'impédance de la diode avec la fréquence et la puissance d'entrée RF. Des circuits d'adaptation complexes sont donc nécessaires, ce qui entraîne une perte d'insertion supplémentaire et une mauvaise efficacité RF-DC.

De plus, il y a beaucoup de recherches sur la conception de redresseurs radiofréquence, par exemple un doubleur de tension reconfigurable de classe F et un doubleur de tension à deux étages à 650 et 900 MHz, et les auteurs de ce travail se concentrent uniquement sur la tension de sortie CC et le circuit est très compliqué quant à lui ne mentionne rien du courant4. Un redresseur radiofréquence à large bande dépend d'une structure de lignes de transmission microruban (TL) qui occupe une grande taille de PCB de 40 × 25 mm2, l'efficacité maximale et la tension de sortie CC sont atteintes avec une puissance d'entrée RF élevée de 15 dBm, non appropriée pour les applications de récupération d'énergie5. ce qui le rend inapproprié pour les applications de récupération d'énergie ambiante. Alors qu'un redresseur RF de 0,87 à 2,5 GHz a été présenté dans6, celui-ci a atteint un faible rendement de 30 % à une puissance d'entrée de 0 dBm, et la tension de sortie CC n'a pas été mentionnée dans le document. Ref5,6 ne parlait pas du courant du redresseur, s'intéressant uniquement à la tension de sortie DC et consommant une grande surface. Dans la réf7,8, des systèmes de récupération d'énergie (EH) ont été présentés pour permettre le fonctionnement à long terme sans recharge des appareils et applications IoT. Dans la réf9, un redresseur doubleur de tension à large bande utilisant un réseau à section π et un circuit LC en série, augmentant la complexité de la conception, a été fabriqué par les auteurs et a obtenu un rendement de conversion RF-DC supérieur à 69 % dans la bande de fréquences de 720 à 1 050 MHz. et le coefficient de réflexion d'entrée (\({S}_{11})\) est inférieur à - 10 dB à une valeur de puissance d'entrée de 3 dBm. Dans la référence 10, une section en T complexe constituée d'un circuit LC parallèle dans les deux bras a été utilisée pour faire fonctionner le redresseur en double bande. La modélisation de la diode Schottky et l'analyse du dimensionnement du redresseur sensible à l'impédance sont expliquées en 11,12.