Antenas monopolo de doble banda para captación de energía de radiofrecuencia del medio ambiente
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Resumen
Este artículo presenta dos rectennas (Rectifying Antennas) de bajo costo y de doble banda para recolectar energía de RF de las bandas GSM-850, GSM-1900 y UMTS-2100 MHz. Ambas rectennas se basan en antenas monopolos con plano de tierra de tipo Defected Grounded Structure (DGS). La primera está diseñada con un anillo resonador cuadrado, el ancho de banda se encuentra entre 73.4 y 145 MHz, con una ganancia de 2.29 y 3.53 dBi. La segunda presenta un ancho de banda de 86 y 124.8 MHz con una ganancia de 1 y 3.8 dBi. Además, un rectificador de triple banda con un diodo Schottky HSMS-286C para mejorar la eficiencia de conversión de potencia de RF a CC. Los resultados de la medición muestran que se ha logrado recolectar entre 150 y 308 mV de CC durante 8 horas a 50 metros de una estación base de telefonía, en un total de 86 horas continuas de exposición a esta estación se ha obtenido un voltaje de CC que varía entre 4 y 4.50 voltios de energía de RF ambiental.
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Antenas monopolo de doble banda para captación de energía de radiofrecuencia del medio ambiente. (2021). MASKAY, 12(1), 10-15. https://doi.org/10.24133/maskay.v12i1.2283
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Antenas monopolo de doble banda para captación de energía de radiofrecuencia del medio ambiente. (2021). MASKAY, 12(1), 10-15. https://doi.org/10.24133/maskay.v12i1.2283
Referencias
[1] K. Shafique et al., “Energy Harvesting Using a Low-Cost Rectenna for Internet of Things (IoT) Applications,” IEEE Access, vol. 6, pp. 30932–30941, May. 2018.
[2] L.-G. Tran, H.-K. Cha, and W.-T. Park, “RF power harvesting: a review on designing methodologies and applications,” Micro Nano Syst. Lett., vol. 5, no. 1, p. 14, Feb. 2017.
[3] K. Kaviarasu and V. Ganesh, “Design and simulation of a 900 MHz rectifier for Rectenna application,” in Proc. International Conference on Communications and Signal Processing (ICCSP), Melmaruvathur, India, Apr. 2015, pp. 754–756.
[4] A. Okba, S. Charlot, P. F. Calmon, A. Takacs, and H. Aubert, “Multiband rectenna for microwave applications,” in Proc. IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC), Aveiro, Portugal, May. 2016, pp. 1–4.
[5] Q. Awais, Y. Jin, H. T. Chattha, M. Jamil, H. Qiang, and B. A. Khawaja, “A compact rectenna system with high conversion efficiency for wireless energy harvesting,” IEEE Access, vol. 6, pp. 35857–35866, Jun. 2018.
[6] D. K. Ho, I. Kharrat, V. D. Ngo, T. P. Vuong, Q. C. Nguyen, and M. T. Le, “Dual-band rectenna for ambient RF energy harvesting at GSM 900 MHz and 1800 MHz,” in Proc. IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET), Hanoi, Vietnam, Nov. 2016, pp. 306–310.
[7] C. Song et al., “A Novel Six-Band Dual CP Rectenna Using Improved Impedance Matching Technique for Ambient RF Energy Harvesting,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, no. 7, pp. 3160-3171, Jul. 2016.
[8] T. A. Elwi and H. S. Ahmed, “A UWB Monopole Antenna Design based RF Energy Harvesting Technology,” in Proc. Third Scientific Conference of Electrical Engineering (SCEE), Baghdad, Iraq, Dec. 2018, pp. 111–115.
[9] M. M. Fakharian, “A Wideband Rectenna Using High Gain Fractal Planar Monopole Antenna Array for RF Energy Scavenging,” Int. J. Antennas Propag., Jun. 2020.
[10] Y. J. Cho, K. H. Kim, S. H. Hwang, and S. O. Park, “A miniature UWB planar monopole antenna with 5 GHz band-rejection filter,” in Proc. The European Conference on Wireless Technology, Parice, France, Oct. 2005,, pp. 511-514.
[11] K. Chung, J. Kim, and J. Choi, “Wideband microstrip-fed monopole antenna having frequency band-notch function,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 15, no. 11, pp. 766–768, Nov. 2005.
[12] S. Hu et al., “Backscattering cross section of ultrawideband antennas,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 6, pp. 70–73, Mar. 2007.
[13] S. Soltani, M. Azarmanesh, P. Lotfi, and G. Dadashzadeh, “Two novel very small monopole antennas having frequency band notch function using DGS for UWB application,” AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 65, no. 1, pp. 87–94, Jan. 2011.
[14] M. K. Khandelwal, B. K. Kanaujia, and S. Kumar, “Defected ground structure: fundamentals, analysis, and applications in modern wireless trends,” Int. J. Antennas Propag., Feb. 2017.
[15] A. E. Hidalgo and F. M. Rizo, “Microstrip antenna with metamaterial hybrid structure for 2.4 GHz,” Revista de la Facultad de Ingeniería, vol. 27, no. 1, pp. 1–18, Jul. 2021.
[16] M. Karaaslan, M. Bağmancı, E. Ünal, O. Akgol, and C. Sabah, “Microwave energy harvesting based on metamaterial absorbers with multi-layered square split rings for wireless communications,” Opt. Commun., vol. 392, pp. 31–38, Jun. 2017.
[17] A. Estévez Hidalgo, F. Marante Rizo, “Aumento del Ancho de Banda en Antenas de Microcintas a 2,4 GHz con Inserción de Metamateriales,” Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones, vol. 39, no. 1, pp. 1-15, Mar. 2018.
[18] M. J. Ammann and Z. N. Chen, “Wideband monopole antennas for multi-band wireless systems,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 45, no. 2, pp. 146–150, Apr. 2003.
[19] P. V. Anob, K. P. Ray, and G. Kumar, “Wideband orthogonal square monopole antennas with semi-circular base,” in Proc. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2001 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (Cat. No.01CH37229), Boston, MA, USA, Jul. 2001, pp. 294–297.
[20] J. J. Lu, X. X. Yang, H. Mei, and C. Tan, “A Four-Band Rectifier with Adaptive Power for Electromagnetic Energy Harvesting,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 26, no. 10, pp. 819–821, Oct. 2016.
[21] C. J. Li and T. C. Lee, “2.4-GHz high-efficiency adaptive power,” IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 22, no. 2, pp. 434–438, Feb. 2014.
[22] M. A. Nikravan and Z. Atlasbaf, “T-section dual-band impedance transformer for frequency-dependent complex impedance loads,” Electron. Lett., vol. 47, no. 9, pp. 551–553, Apr. 2011.
[23] H. Takhedmit et al., “A 2.45-GHz dual-diode RF-to-dc rectifier for rectenna applications,” in Proc. The 40th European Microwave Conference, Paris, France, Sep. 2010, pp. 37–40.
[24] A. F. B. Selva, A. L. G. Reis, K. G. Lenzi, L. G. P. Meloni, and S. E. Barbin, “Introduction to the software-defined radio approach,” IEEE Lat. Am. Trans., vol. 10, no. 1, pp. 1156–1161, Jan. 2012.
[2] L.-G. Tran, H.-K. Cha, and W.-T. Park, “RF power harvesting: a review on designing methodologies and applications,” Micro Nano Syst. Lett., vol. 5, no. 1, p. 14, Feb. 2017.
[3] K. Kaviarasu and V. Ganesh, “Design and simulation of a 900 MHz rectifier for Rectenna application,” in Proc. International Conference on Communications and Signal Processing (ICCSP), Melmaruvathur, India, Apr. 2015, pp. 754–756.
[4] A. Okba, S. Charlot, P. F. Calmon, A. Takacs, and H. Aubert, “Multiband rectenna for microwave applications,” in Proc. IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC), Aveiro, Portugal, May. 2016, pp. 1–4.
[5] Q. Awais, Y. Jin, H. T. Chattha, M. Jamil, H. Qiang, and B. A. Khawaja, “A compact rectenna system with high conversion efficiency for wireless energy harvesting,” IEEE Access, vol. 6, pp. 35857–35866, Jun. 2018.
[6] D. K. Ho, I. Kharrat, V. D. Ngo, T. P. Vuong, Q. C. Nguyen, and M. T. Le, “Dual-band rectenna for ambient RF energy harvesting at GSM 900 MHz and 1800 MHz,” in Proc. IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET), Hanoi, Vietnam, Nov. 2016, pp. 306–310.
[7] C. Song et al., “A Novel Six-Band Dual CP Rectenna Using Improved Impedance Matching Technique for Ambient RF Energy Harvesting,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, no. 7, pp. 3160-3171, Jul. 2016.
[8] T. A. Elwi and H. S. Ahmed, “A UWB Monopole Antenna Design based RF Energy Harvesting Technology,” in Proc. Third Scientific Conference of Electrical Engineering (SCEE), Baghdad, Iraq, Dec. 2018, pp. 111–115.
[9] M. M. Fakharian, “A Wideband Rectenna Using High Gain Fractal Planar Monopole Antenna Array for RF Energy Scavenging,” Int. J. Antennas Propag., Jun. 2020.
[10] Y. J. Cho, K. H. Kim, S. H. Hwang, and S. O. Park, “A miniature UWB planar monopole antenna with 5 GHz band-rejection filter,” in Proc. The European Conference on Wireless Technology, Parice, France, Oct. 2005,, pp. 511-514.
[11] K. Chung, J. Kim, and J. Choi, “Wideband microstrip-fed monopole antenna having frequency band-notch function,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 15, no. 11, pp. 766–768, Nov. 2005.
[12] S. Hu et al., “Backscattering cross section of ultrawideband antennas,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 6, pp. 70–73, Mar. 2007.
[13] S. Soltani, M. Azarmanesh, P. Lotfi, and G. Dadashzadeh, “Two novel very small monopole antennas having frequency band notch function using DGS for UWB application,” AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 65, no. 1, pp. 87–94, Jan. 2011.
[14] M. K. Khandelwal, B. K. Kanaujia, and S. Kumar, “Defected ground structure: fundamentals, analysis, and applications in modern wireless trends,” Int. J. Antennas Propag., Feb. 2017.
[15] A. E. Hidalgo and F. M. Rizo, “Microstrip antenna with metamaterial hybrid structure for 2.4 GHz,” Revista de la Facultad de Ingeniería, vol. 27, no. 1, pp. 1–18, Jul. 2021.
[16] M. Karaaslan, M. Bağmancı, E. Ünal, O. Akgol, and C. Sabah, “Microwave energy harvesting based on metamaterial absorbers with multi-layered square split rings for wireless communications,” Opt. Commun., vol. 392, pp. 31–38, Jun. 2017.
[17] A. Estévez Hidalgo, F. Marante Rizo, “Aumento del Ancho de Banda en Antenas de Microcintas a 2,4 GHz con Inserción de Metamateriales,” Ingeniería Electrónica, Automática y Comunicaciones, vol. 39, no. 1, pp. 1-15, Mar. 2018.
[18] M. J. Ammann and Z. N. Chen, “Wideband monopole antennas for multi-band wireless systems,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 45, no. 2, pp. 146–150, Apr. 2003.
[19] P. V. Anob, K. P. Ray, and G. Kumar, “Wideband orthogonal square monopole antennas with semi-circular base,” in Proc. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2001 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (Cat. No.01CH37229), Boston, MA, USA, Jul. 2001, pp. 294–297.
[20] J. J. Lu, X. X. Yang, H. Mei, and C. Tan, “A Four-Band Rectifier with Adaptive Power for Electromagnetic Energy Harvesting,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 26, no. 10, pp. 819–821, Oct. 2016.
[21] C. J. Li and T. C. Lee, “2.4-GHz high-efficiency adaptive power,” IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 22, no. 2, pp. 434–438, Feb. 2014.
[22] M. A. Nikravan and Z. Atlasbaf, “T-section dual-band impedance transformer for frequency-dependent complex impedance loads,” Electron. Lett., vol. 47, no. 9, pp. 551–553, Apr. 2011.
[23] H. Takhedmit et al., “A 2.45-GHz dual-diode RF-to-dc rectifier for rectenna applications,” in Proc. The 40th European Microwave Conference, Paris, France, Sep. 2010, pp. 37–40.
[24] A. F. B. Selva, A. L. G. Reis, K. G. Lenzi, L. G. P. Meloni, and S. E. Barbin, “Introduction to the software-defined radio approach,” IEEE Lat. Am. Trans., vol. 10, no. 1, pp. 1156–1161, Jan. 2012.