Efficient rectenna design incorporating new circularly polarized antenna array for wireless power transmission at 2.45GHz

Abstract

International audienceWireless power transmission (WPT) is a promising technology to remotely energizing low power electronic devices in wireless communication circuits. In this paper we present an efficient rectenna (rectifier+antenna) design which is the crucial part in a microwave power transmission system. The developed design contains a new 3×3 antenna array having an operating frequency of 2.45 GHz with circular polarization and high gain, the developed structure has been modeled and carried out by using CST Microwave Studio, this antenna array is associated with an RF-to-DC microstrip rectifier which provides a high conversion efficiency of 65.8% and a DC output voltage of 7.02V which can be reached for a given input power level of 20dBm and an optimum load resistor of 750Ω

2.4 GHz Rectifier Antenna for Radiofrequency-based Wireless Power Transfer: Recent Developments, Opportunities, and Challenges

“…In [22], the authors proposed a 2 × 3 patch rectenna array and obtained 36% efficiency under 5 μW/cm 2 power density. In 2014, a 3 × 3 circular polarization array rectenna achieved an impressive 9.14 dBi gain while obtaining 65.8% efficiency when exposed to a 20 dBm illumination [27]. Figure 4 depicts the design of the proposed rectenna.…”

Rectenas para el Cosechamiento de Energía de los Sistemas de Comunicaciones en RF: Una Revisión

“…En la Figura 5 se observa la ganancia máxima registrada en las investigaciones revisadas, y clasificada en los distintos tipos de antenas empleadas en las rectenas. Se destaca que para obtener una ganancia máxima superior a 9 dBi se han empleado antenas con patrón de radiación direccional y que estuvieron ordenadas en arreglos de PRMA con 4 elementos [20,50,51,86] y en arreglos de PSMA con 9 elementos [100,101], obteniendo mejores resultados los primeros. Adicionalmente, se aprecia que la antena espiral [52] presentó el mayor valor de ganancia máxima, igual a 8,89 dBi, entre las antenas sin arreglos, y que para las antenas vivaldi no se reportaron sus valores de ganancia.…”

“…Para la configuración de diodo en paralelo se ha obtenido una eficiencia de conversión RF-DC mayor a 54% a partir de 0 dBm [62,79,95,102,108], mientras que para el puente de diodos se han obtenido valores superiores a 42% a partir de 5 dBm [63,80,109,110], ambas configuraciones presentaron poca desviación estándar. Con respecto al rectificador de diodo en serie [30,45,51,59,61,64,66,67,70,71,77,93,100,111] y doblador de voltaje [16, 22, 23, 25-28, 34, 39, 45, 57, 58, 68, 69, 73, 98, 101, 110, 112], presentaron una mayor dispersión en la eficiencia obtenida pero tuvieron los máximos valores de eficiencia de conversión RF-DC. Con la configuración de diodo en serie se ha obtenido una eficiencia de 42% a 3 dBm mediante la cosecha de GSM a 900 MHz y de UMTS a la vez, e implementando un acoplador de impedancia para cuatro bandas [30].…”

2.45 GHz rectenna with high gain for RF energy harvesting

“…With a 900 Ω resistor, when the powerof the input is more than 15 dBm, the overall DC output voltage is remain higher than 3 V, proved that this rectenna well suited for RF energy harvesting apllications. Table 1 shows parameters of the antenna and Table 2 shows past research proposed rectennas compared with the proposed rectenna based on reseach study and results presented in this paper [18][19][20][21][22][23][24][25][26].…”