МОДЕЛЬ РЕКТЕННЫ НА ОСНОВЕ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ ДЛЯ СОБИРАНИЯ СВЧ ЭНЕРГИИ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ УРОВНЯХ МОЩНОСТИ

Аннотация

Для беспроводного и безбатарейного питания автономных приборов с малой потребляемой мощностью все шире применяется собирание радиочастотной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования собранной энергии в напряжение питания постоянного тока применяются устройства, состоящие из антенны, выпрямителя и схемы согласования им- педансов антенны и выпрямителя, называемые ректеннами. При собирании энергии из окружаю- щей среды плотность мощности электромагнитного поля может быть весьма малой: от сотен микроватт до десятков пиковатт на см2. Поэтому актуальной является задача разработки рек- тенн, способных работать при сверхнизких уровнях мощности. Параметры составляющих рек- тенны (антенны, схемы согласования импедансов, выпрямителя) сильно связаны между собой, поэтому для получения оптимальных характеристик необходимо выполнять проектирование ректенны с учетом взаимовлияния всех составляющих и использовать соответствующие модели. В работе выполнен анализ особенностей построения и разработка модели ректенны на основе МОП-транзисторов для работы при сверхнизких уровнях мощности в составе автономных уст- ройств с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки выходного напряжения рек- тенны с учетом основных параметров антенны, выпрямителя/умножителя напряжения и уст- ройства согласования импедансов. Выполнены расчеты по полученным выражениям и моделиро- вание для типовой КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения ректенн на ос- нове МОП-транзисторов при сверхнизких мощностях вплоть до -50 дБм. Даны рекомендации по выбору технологических и конструктивных параметров ректенн для собирания СВЧ энергии