렉테나 설계 검토 (1부)

안테나-정류기 임피던스 정합
50Ω 안테나를 비선형 정류기에 정합하는 것은 입력 임피던스가 주파수에 따라 크게 변하기 때문에 어려운 문제입니다. 토폴로지 A와 B(그림 2)에서 공통적으로 사용되는 정합 네트워크는 집중 소자를 이용한 LC 정합이지만, 상대 대역폭이 대부분의 통신 대역보다 낮은 경우가 많습니다. 단일 대역 스터브 정합은 6GHz 이하의 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 일반적으로 사용되며, 기존에 보고된 밀리미터파 정류 안테나는 출력 고조파 억제로 인해 전력 변환 효율(PCE) 대역폭이 제한되어 본질적으로 대역폭이 좁습니다. 따라서 이러한 안테나는 24GHz 비면허 대역의 단일 대역 무선 전력 전송(WPT) 애플리케이션에 특히 적합합니다.
토폴로지 C와 D의 정류 안테나는 더 복잡한 정합 네트워크를 가지고 있습니다. 광대역 정합을 위해 완전 분산형 라인 정합 네트워크가 제안되었으며, 출력 포트에는 RF 차단/DC 단락 회로(통과 필터)가, 다이오드 고조파의 귀환 경로로는 DC 차단 커패시터가 사용됩니다. 정류기 부품은 상용 전자 설계 자동화 도구를 사용하여 합성할 수 있는 인쇄 회로 기판(PCB) 인터디지테이트 커패시터로 대체할 수 있습니다. 다른 연구에서 보고된 광대역 정합 안테나는 저주파수 정합을 위한 집중 소자와 입력단에 RF 단락을 생성하기 위한 분산 소자를 결합합니다.
부하가 소스를 통해 감지하는 입력 임피던스를 변화시키는 방식(소스 풀 기법)을 이용하여 57%의 상대 대역폭(1.25~2.25GHz)과 집중 회로 또는 분산 회로 대비 10% 더 높은 전력 변환 효율(PCE)을 갖는 광대역 정류기를 설계할 수 있습니다. 일반적으로 정합 네트워크는 전체 50Ω 대역폭에 걸쳐 안테나를 정합하도록 설계되지만, 광대역 안테나를 협대역 정류기에 연결한 사례도 문헌에 보고되어 있습니다.
하이브리드 집중 소자 및 분산 소자 정합 네트워크는 토폴로지 C 및 D에서 널리 사용되어 왔으며, 직렬 인덕터와 커패시터가 가장 일반적으로 사용되는 집중 소자입니다. 이러한 방식은 표준 마이크로스트립 라인보다 더 정확한 모델링과 제작이 필요한 인터디지테이트 커패시터와 같은 복잡한 구조를 피할 수 있습니다.
정류기에 입력되는 전력은 다이오드의 비선형성으로 인해 입력 임피던스에 영향을 미칩니다. 따라서 정류 안테나는 특정 입력 전력 레벨과 부하 임피던스에서 전력 변환 효율(PCE)을 최대화하도록 설계됩니다. 다이오드는 3GHz 이하의 주파수에서 주로 용량성 고임피던스를 가지므로, 정합 네트워크를 제거하거나 단순화된 정합 회로를 최소화하는 광대역 정류 안테나는 다이오드의 용량성 임피던스가 낮아 안테나에 잘 정합될 수 있는 1GHz 이상의 주파수 대역(Prf>0dBm)에 초점을 맞춰 설계되었습니다. 따라서 입력 리액턴스가 1,000Ω을 초과하는 안테나 설계를 피할 수 있습니다.
CMOS 정류 안테나에서는 적응형 또는 재구성 가능한 임피던스 매칭이 관찰되었으며, 매칭 네트워크는 온칩 커패시터 뱅크와 인덕터로 구성됩니다. 정적 CMOS 매칭 네트워크는 표준 50Ω 안테나뿐만 아니라 공동 설계된 루프 안테나에도 적용될 수 있다고 제안되었습니다. 수동형 CMOS 전력 검출기는 사용 가능한 전력에 따라 안테나 출력을 서로 다른 정류기 및 매칭 네트워크로 보내는 스위치를 제어하는 ​​데 사용되는 것으로 보고되었습니다. 집중형 가변 커패시터를 사용하는 재구성 가능한 매칭 네트워크는 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 입력 임피던스를 측정하면서 미세 조정을 통해 튜닝할 수 있다고 제안되었습니다. 재구성 가능한 마이크로스트립 매칭 네트워크에서는 전계 효과 트랜지스터 스위치가 매칭 스터브를 조정하여 이중 대역 특성을 구현하는 데 사용됩니다.