A Double Input RF Energy Harvesting Circuit Using Wilkinson Power Combiner and DC Load Analysis of the Circuit

Öz

The signals are emitted from the wireless communication systems to the environment at many frequencies. Energy harvesting is the process of converting the the existing signals to the direct current and voltage by taking the energy. In this study, we designed an energy harvesting circuit using Wilkinson power combiner. The proposed circuit; combines received power from two input arms, and then transmits to the Greinacher Rectifier circuit. The central frequency of the design was selected as 2.45 GHz to cover the ISM band. In the study, input power-efficiency and input power-output voltage analysis of the designed circuit were performed. In addition, these analyzes were repeated according to the changing values of the load resistance. After all, the best performance; for 9 dBm input power and 200 Ohm load resistance; approximately 68% of the total conversion efficiency and 1Volt output voltage was obtained.

Anahtar Kelimeler

• Energy Harvesting,Wilkinson Power Combiner,Greinacher Rectifier Circuit,Load Analysis

Wilkinson Güç Birleştirici Kullanarak İki Girişli RF Enerji Hasatlama Devresi ve DC Yük Analizi

Öz

Kablosuz iletişim sistemlerinden ortama pek çok frekansta sinyaller yayılmaktadır. Enerji hasatlama, ortamdaki bu anlık olarak var olan sinyallerin enerjisini alarak doğru akım ve gerilime dönüştürme işidir. Bu çalışmada, Wilkinson güç birleştirici kullanarak bir enerji hasatlama devresi tasarlanmıştır. Önerilen devre; iki koldan aldığı sinyalleri birleştirerek Greinacher doğrultma devresine aktarmaktadır. Tasarımın merkez frekansı; ISM bandını kapsaması için 2,45 GHz olarak seçilmiştir. Tasarlanan devrenin Giriş Gücü-Verim ve Giriş Gücü-Çıkış gerilimi analizi yapılmıştır. Ayrıca, yük direncinin değişen değerlerin göre de bu analizler tekrarlanmıştır. Sonuçta en iyi performans; 9 dBm giriş gücü ve 200 Ohm yük direnci için yaklaşık %68 toplam dönüştürme verimi ve 1 Volt çıkış gerilimi elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Enerji Hasatlama,Wilkinson Güç Birleştirici,Greinacher Doğrultucu Devre,Yük Analizi

Kaynakça

1. Chaour, I., Fakhfakh, A., Kanoun, O. (2017). Enhanced pas-sive RF-DC converter circuit efficiency for low RF energy harvesting. Sensors, 17(3): 546.
2. Gozel, M. A., Kahriman, M., Kasar, O. (2019). Design of an efficiency-enhanced Greinacher rectifier operating in the GSM 1800 band by using rat-race coupler for RF energy harvesting applications. International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, 29(1): 1-8. doi:10.1002/mmce.21621
3. Kasar, O., Gozel, M. A., Kahriman, M. (2018). Broadband Wilkinson power divider based on chebyshev impedan-ce transform method. International Advanced Researc-hes and Engineering Journal, 2(3): 299-303.
4. Kasar, O., Kahriman, M., Gozel, M. A. (2019). Application of ultra wideband RF energy harvesting by using multisec-tion Wilkinson power combiner. International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering, 29(1): 1-8. doi:10.1002/mmce.21600
5. Kim, S., Vyas, R., Bito, J., Niotaki, K., Collado, A., Georgiadis, A., Tentzeris, M. M. (2014). Ambient RF energy-harvesting technologies for self-sustainable standalone wireless sensor platforms. Proceedings of the IEEE, 102(11): 1649-1666.
6. Moulay, A., Djerafi, T. (2018). Wilkinson Power Divider With Fixed Width Substrate-Integrated Waveguide Line and a Distributed Isolation Resistance. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 28(2): 114-116.
7. Pozar, D. M. (2005). Microwave Engineering 3e (3rd ed.). USA: John Wiley and Sons,Inc.