ウェアラブルデバイスへ向けた無線電力伝送システム用小型高効率受電レクテナの開発

开发紧凑、高效的电力接收整流天线，用于可穿戴设备的无线电力传输系统

基本信息

批准号：
22KJ1853
负责人：
河合勝己
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究目的である高調波を位置推定信号として再放射可能なウェアラブルデバイスへの無線電力伝送システム用小型高効率円偏波レクテナの開発に向けて，本年度は以下2点に取り組んだ．初めに整流回路からアンテナ側に反射される高調波の振る舞いを解析した．シングルシャント型及びシングルシリーズ型整流回路において，理想ダイオードと理想回路を用いて全波整流時の高調波レベルについて回路シミュレータで解析した．解析の結果，両方式において整流回路からアンテナ側に反射される高調波は2次高調波よりも3次高調波の方が高い電力レベルであることを確認した．そこで，位置推定信号として再利用する高調波を3次高調波に決定した．次に，高い整流効率と高い高調波再放射レベルを両立するために，整流回路設計に高調波を含むソース・ロードプル解析を新たに導入した．先行研究のソースプルを用いた整流回路設計では，基本波成分のみに注目している．本研究では，整流回路設計に高調波を含んだソース・ロードプル解析を行うことを提案している．特に，高調波を含むソースプル解析によって，高い整流効率と高い3次高調波再放射レベルを両立するために必要なアンテナの入力インピーダンスを導出することができる．本年度は回路シミュレータADSを用いた高調波を含むソース・ロードプルによる整流回路の設計手法を確立した．ソースプルシミュレーションの結果を用いて，基本波及び3次高調波で励振可能な逆Fアンテナを設計した．設計した逆Fアンテナと整流回路を組み合わせたレクテナを開発した．レクテナへの無線電力伝送実験を行った．基本波920MHz，3次高調波2.76GHzにおいて，整流効率71%，3次高調波再放射レベル-7.09dBmを得た．本研究で提案した高調波を含むソース・ロードプル解析を用いたレクテナ設計については国際会議（査読有）で採択され，口頭発表予定である．

今年，我们为无线功率传输系统的小型，高效的循环电流直流系统的开发做准备，以准备可穿戴设备，这些设备可以重新调整谐波作为位置估计信号，这是这项研究的目的。首先，我们分析了从整流器电路反射到天线侧的谐波行为。在单次和单系整流器电路中，使用理想的二极管和理想的电路分析了全波整流过程中的谐波水平。分析的结果是，在两个方程式中，从整流器电路到天线侧反射的谐波在第三个谐波中的功率水平高于第二个谐波。因此，作为位置估计信号重复使用的谐波被确定为第三次谐波。接下来，为了同时达到高整流效率和高谐波重新辐射水平，在整流电路设计中新引入了包括谐波的源负载分析。在先前的研究中，使用源拉力的整流器电路的设计仅集中在基本波组件上。这项研究建议在整流器电路设计中对谐波进行源负荷分析。特别是，包括谐波在内的源拉分析可以得出天线的输入阻抗，这对于达到高整流效率和高3谐辐射水平是必不可少的。今年，我们使用电路模拟器ADS含有谐波的源负载拉力建立了一种用于整流器电路的设计方法。使用源拉模拟的结果，设计了能够激发基本和第三谐波激发的反向天线。我们已经开发了一种矫正器，该矫正器结合了设计的逆F天线和整流器电路。我们对Rectenna进行了无线电源传输实验。在920MHz的基本波和2.76GHz第三谐波时，纠正效率为71％，并且获得了第三个谐波重新辐射水平。使用Source-Load拉力分析的Rectenna设计，包括本研究中提出的谐波，在国际会议上（经过同行评审）采用了口头介绍。