Diseño de una rectena para recolección de energía electromagnética a 2.4ghz

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Title: Diseño de una rectena para recolección de energía electromagnética a 2.4ghz
Authors: Martínez Villacís, Kevin Adrián
Picho Cusi, Alex Daniel
Advisor: Oñate Cadena, Luis Germán
Abstract: An alternative to power supplies for wireless IoT sensors with energy harvesting is presented as their operation is currently limited to the use of batteries. Several studies in previous years indicate that radio frequency energy harvesting is easily obtained from an access point due to its availability and abundance. In this work, a 2.4 GHz rectenna is designed and simulated using ANSYS software for the antenna and ADS software for the rectifier circuit. The rectenna is composed of a simulated microstrip patch antenna in which S, VSWR, radiation pattern and Z-terminal parameters are analyzed. This was connected to an impedance coupling network, where the S and VSWR parameters were verified to ensure maximum power transfer in the circuit and obtain a DC signal output with 13 mA current and 3,087 V at a power of 15 dBm capable of feeding the PIR (Passive Infra-Red) motion sensor of the Panasonic brand used in IoT. For the rectifier circuit it is also possible to determine the number of stages of Dickson voltage multipliers considering certain important factors such as the power range with which it will work and thus obtain the output voltage and current to power the PIR sensor.
Translated abstract: Se presenta una alternativa a las fuentes de alimentación de los sensores IoT inalámbricos con la recolección de energía ya que su funcionamiento actualmente se ve limitado al uso de baterías. Diversos estudios en años anteriores indican que la recolección de energía por radio frecuencia se obtiene con facilidad desde un punto de acceso debido a su disponibilidad y abundancia. En este trabajo se diseña y realiza por separado la simulación de una rectena a 2.4 GHz utilizando el software ANSYS para la antena y el software ADS para el circuito rectificadorpara posteriormente realizar una cosimulación. La rectena se compone de una antena microstrip tipo parche simulada en la que se analizan los parámetros S, VSWR, patrón de radiación y terminal Z. Esta se conectó a una red de acoplamiento de impedancias, donde se verificó los parámetros S y VSWR para garantizar la máxima transferencia de potencia en el circuito y obtener a la salida una señal DC con 13 mA de corriente y 3.087 V a una potencia de 15 dBm para alimentar el sensor de movimiento PIR (Infrarrojo pasivo) de la marca Panasonic utilizado en IoT. Para el circuito rectificador se logra determinar también la cantidad de etapas de multiplicadores de voltaje Dickson tomando en cuenta ciertos factores importantes como el rango de potencia con el que se va a trabajar y obtener así a la salida el voltaje y la corriente que permitan alimentar el sensor PIR.
Keywords: INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ANÁLISIS DE SISTEMAS
RECTENA
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Issue Date: Apr-2022
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/22446
Language: spa
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