렉테나 설계 검토 (1부)

안테나-정류기 임피던스 매칭
50Ω 안테나를 비선형 정류기에 매칭하는 것은 입력 임피던스가 주파수에 따라 크게 변하기 때문에 어렵습니다. 토폴로지 A와 B(그림 2)에서 공통적인 매칭 네트워크는 집중 소자를 사용하는 LC 매칭이지만, 상대 대역폭은 일반적으로 대부분의 통신 대역보다 낮습니다. 단일 대역 스터브 매칭은 6GHz 미만의 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 일반적으로 사용되며, 보고된 밀리미터파 렉테나는 출력 고조파 억제로 인해 PCE 대역폭이 병목 현상을 일으키기 때문에 본질적으로 좁은 대역폭을 가지므로 24GHz 비면허 대역의 단일 대역 WPT 애플리케이션에 특히 적합합니다.
토폴로지 C와 D의 렉테나에는 더 복잡한 매칭 네트워크가 있습니다. 광대역 매칭을 위해 완전 분산형 라인 매칭 네트워크가 제안되었는데, 출력 포트에 RF 블록/DC 단락 회로(통과 필터)를 사용하거나 다이오드 고조파의 복귀 경로로 DC 차단 커패시터를 사용합니다. 정류기 부품은 상용 전자 설계 자동화 도구를 사용하여 합성된 인쇄 회로 기판(PCB) 상호접속형 커패시터로 대체될 수 있습니다. 보고된 다른 광대역 렉테나 매칭 네트워크는 저주파 매칭을 위한 집중형 소자와 입력에서 RF 단락을 생성하기 위한 분산형 소자를 결합합니다.
소스를 통해 부하에서 관찰되는 입력 임피던스를 변화시키는 방법(소스-풀 기법이라고 함)을 사용하여 57%의 상대 대역폭(1.25~2.25GHz)과 집중형 또는 분산형 회로에 비해 10% 더 높은 PCE(전력 효율)를 갖는 광대역 정류기를 설계했습니다. 정합 네트워크는 일반적으로 전체 50Ω 대역폭에 걸쳐 안테나를 정합하도록 설계되지만, 광대역 안테나를 협대역 정류기에 연결한 사례도 보고되었습니다.
하이브리드 집중 소자 및 분산 소자 정합 네트워크는 토폴로지 C와 D에서 널리 사용되어 왔으며, 가장 일반적으로 사용되는 집중 소자로는 직렬 인덕터와 커패시터가 있습니다. 이러한 방식은 표준 마이크로스트립 회선보다 더 정확한 모델링 및 제작이 필요한 엇갈린 커패시터와 같은 복잡한 구조를 피할 수 있습니다.
정류기로의 입력 전력은 다이오드의 비선형성으로 인해 입력 임피던스에 영향을 미칩니다. 따라서 렉테나는 특정 입력 전력 레벨과 부하 임피던스에서 PCE를 극대화하도록 설계됩니다. 다이오드는 3GHz 미만의 주파수에서 주로 용량성 고임피던스 특성을 가지므로, 매칭 네트워크를 제거하거나 매칭 회로를 간소화하는 광대역 렉테나는 Prf > 0 dBm 및 1GHz 이상의 주파수에 집중되어 왔습니다. 다이오드는 용량성 임피던스가 낮고 안테나와 잘 매칭될 수 있기 때문에 입력 리액턴스가 1,000Ω를 초과하는 안테나 설계를 피할 수 있습니다.
적응형 또는 재구성 가능 임피던스 정합은 CMOS 렉테나에서 관찰되었으며, 정합 네트워크는 온칩 커패시터 뱅크와 인덕터로 구성됩니다. 정적 CMOS 정합 네트워크는 표준 50Ω 안테나뿐만 아니라 공동 설계된 루프 안테나에도 제안되었습니다. 수동 CMOS 전력 검출기를 사용하여 안테나 출력을 가용 전력에 따라 다른 정류기와 정합 네트워크로 보내는 스위치를 제어하는 ​​것으로 보고되었습니다. 집중 가변 커패시터를 사용하는 재구성 가능 정합 네트워크가 제안되었으며, 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 입력 임피던스를 측정하면서 미세 조정을 통해 조정됩니다. 재구성 가능 마이크로스트립 정합 네트워크에서는 전계 효과 트랜지스터 스위치를 사용하여 정합 스터브를 조정하여 이중 대역 특성을 구현했습니다.