Matriz de rectenas 3D de cuatro bandas para la captación de energía de RF en el ambiente

Este artículo presenta un módulo de rectenna cuatribanda montable en 3D para la recolección de energía en el entorno. Con el objetivo de alimentar los nodos del Internet de las Cosas (IoT) en entornos ambientales prácticos, se adopta un enfoque híbrido de combinación de energía, tanto en RF como en DC, utilizando la banda FM de 98 MHz, GSM900 (Sistema Global de Comunicaciones Móviles), GSM1800 y la banda Wi-Fi de 2,4 GHz. Una antena dipolo cruzada de doble polarización con ranuras asimétricas y estructura de anillo central permite una respuesta multibanda y una mejor adaptación en las tres bandas de frecuencia más altas, mientras que en la banda FM más baja se utiliza una antena monopolo de cable cargada. Cuatro antenas multibanda idénticas se colocan en una disposición cúbica en 3D que alberga un combinador de potencia de 4 a 1 y circuitos de adaptación en el interior y la antena de FM en la parte superior. Para mantener la estabilidad de la salida de la rectenna con distintos niveles de potencia de entrada y resistencias de carga, se propone una novedosa red de adaptación basada en una línea de transmisión que utiliza ecuaciones de forma cerrada. Integrada en forma de cubo de 10 × 10 × 10 cm3 utilizando un sustrato FR4 estándar, la rectenna genera un pico de tensión de salida de 2,38 V a una potencia de entrada de -10 dBm. La eficiencia de conversión de RF a CC es del 70,28%, 41,7%, 33,37% y 27,69 a 98 MHz, 0,9 GHz, 1,8 GHz y 2,4 GHz, respectivamente, a -6 dBm. La rectenna también presenta una eficiencia de conversión medida de 31,3 t -15 dBm para entradas multitono en ambiente. Los prometedores resultados, tanto en interiores como en exteriores, son adecuados para alimentar dispositivos IoT de baja potencia.

Autores: Fatima, Khalid; Warda, Saeed; Nosherwan, Shoaib; Muhammad U., Khan; Hammad M., Cheema