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