Geri Dön

RF enerji hasatlayıcı Rectenna tasarımı

RF energy harvesting Rectenna design

PDF İndir

  1. Tez No: 467249
  2. Yazar: HÜSEYİN NURİ GÜLMEZ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MESUT KARTAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Hasat, Mikrodalga devreleri, Mikrodalga enerjisi, Harvesting, Microwave circuits, Microwave energy
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tezde RF enerji hasatlayıcı rectennalar anlatılmıştır. Teknolojinin gelişmesiyle beraber kablosuz iletişim teknolojileri hayatımızın ayrılmaz bir parçası olmuştur. Hemen hemen herkeste cep telefonu, tablet, bilgisayar gibi içerisinde kablosuz haberleşme modüllerinin bulunduğu cihazlar vardır. Bu cihazların artan kullanımıyla beraber çevremizdeki RF sinyal yoğunluğu da artmıştır. Yaklaşık 20 yıl önce RF spektrumda sadece FM ve TV sinyalleri bulunuyorken artık farklı frekanslarda sinyaller bulunmaktadır. GSM, 3G ve Wi-Fi bunlardan en bilinenleridir. Türüne göre bu sinyaller 0.01 uW ile 0.1 mW arasında güç taşımaktadır. Ortamda bulunan bu kadar farklı frekansta ve güçte EM sinyalden yararlanma düşüncesi RF enerji hasatlama fikrini ortaya çıkarmıştır. RF enerjiyi elektronik cihazların kullanacağı DC enerjiye dönüştüren devrelere rectenna denir. Rectenna, İngilizce“rectifier”ve“antenna”kelimelerinin birleşmesinden oluşur. Rectennalar ilk olarak kablosuz güç iletimi uygulamalarında daha sonra RFID sistemlerinde ve son zamanlarda ise RF enerji hasatlayıcılarda kullanılmaktadır. Bir rectenna anten, empedans uyumlama devresi, giriş ve çıkış filtreleri ve doğrultucu elemandan oluşur. Bu tez kapsamında tasarlanan rectenna -17 dBm giriş gücünde %17.5 RF-DC dönüşüm verimi ve -24.6 dBm DC çıkış gücü elde edilmiştir. Diyot seçimi yapılırken teorik maksimum verim MATLAB ile bulunmuştur. Bu sayede farklı parametrelere sahip diyotlardan elde edilecek verimler sistem tasarlanmadan önce bulunmaktadır. Diyottan yansıyan 2. ve 3. harmonikler kısa devre yapılarak verimde 1 dB artış sağlanmıştır. DC çıkış gerilimi 130 mV olarak bulunmuştur.

Özet (Çeviri)

In this thesis, we propose a low power RF energy harvesting rectenna design. By the technological advances over the last twenty years, wireless communications continous to be a part of individual's life. Almost everyone has cell phone, tablet, PC and other electronics stuff. Ambient RF energy density increases as usage of those devices increases. Many new frequencies have arisen in RF spectrum because of GSM, 3G and Wi-Fi since the last two decades. Power density for those newcomers are between 0.01 mW and 0.1 mW per bandwidth. RF energy harvesting consept have arisen for utilization of ubiquitous ambient RF power.Rectenna is an electronic circuit which converts RF power into DC, properly. The term“rectenna”is composed of rectifier and antenna. Firstly, rectennas have been designed for wireless power transmission experiments in late 60s. Then it has been utilized in RFID systems. Finally, rectennas are used in RF energy harvesters. A rectenna incorporates receiving antenna, impedance matching network, input and output filters, rectifier and a load. Antenna is the first element of the system. It collects ambient RF energy for rectifier. Generally, single band microstrip antennas are used for RF harvesters due to its simplicity. Collected RF power is forwarded to rectifier unit. Impedance matching network between antenna and rectifier eliminates impedance mismatch and reduces power losses on the signal path. Input impedance of the rectifiers are strongly capacitive so distributed element matching networks are preferable. Harmonics are generated due to the nonlinearity of diode. Rectenna performance degrades drastically if harmonics reflected back to antenna. To avoid such a case, harmonic terminations are implemented. Generally, second harmonics are short-circuited, third harmonics are open-circuited. Input filter blocks DC, output filter blocks AC component of the signal. Schottky diodes are used as rectifier elements. Schottky diode is a semiconductor device which lets current pass over one direction and blocks on other direction. Diode does not let the current pass until bias voltage exceeds the threshold voltage because there is a potential barrier in between metal semiconductor junction. There are many rectifier topologies for energy harvesting rectennas. Most popular ones are half wave rectifiers, voltage clampers and voltage doublers. Half wave rectifier and voltage clamper contain just one diode and they are the most efficient harvester topologies among others. In ideal case rectification efficiency for these topologies is 100%.

Geri Dön