Optimization and analysis of WLAN RF energy harvesting system architecture for low power wireless applications

Abstract

The presented work proposes a radio frequency (RF) energy harvesting circuit design, which scavenges energy from WLAN dual frequency band. In comparison to other available sources for energy scavenging, e.g. solar, wind and thermal, RF energy harvesting has received much attention in recent research work. Despite of the low power density, RF energy harvesting can be a promising solution to power the energy constrained wireless networks with careful design of energy harvester antenna and processing circuitry. However, it is a critical challenge to obtain usable DC output voltage from RF signals as signals received by harvester is of low amplitude, whereas required voltage to operate any wireless device is proportionally high. Moreover, most of the past work in RF energy harvesting is only effective for single frequency and have less efficiency response. Therefore, this research focuses to design an improved and optimized WLAN dual band energy harvesting circuit with the inclusion of real time channel losses, as well as fabrication dissipation loss; which is a novel aspect of the presented work. The contribution of this dissertation goes beyond simulated design only, it also reports the non-ideal simulation analysis and PCB implementation of designed circuit. Ideal and non-ideal circuit design has been compared, with accompanying simulations on both ideal and non-ideal conditions to investigate the upper bound on achievable harvested energy. Simulation results report approximately 67% efficiency and total output of 13 μJ of energy, such that transmitter power is 1 Watt and distance from transmitter is kept as 1 meter; with the ideal channel characteristics been considered.

Sunulan çalışma, bir radyo frekansı (RF) enerji toplama devresi tasarımı öneriyor; WLAN çift frekans bandından enerji süpürüyor. Diğerine kıyasla Enerji toplamak için mevcut kaynaklar, örn. Güneş enerjisi, rüzgar ve termal, RF enerjisi Son araştırmalarda hasat çok ilgi gördü. Düşük seviyeye rağmen Güç yoğunluğu, RF enerjisi toplayıcısı enerjiyi güçlendirmek için umut verici bir çözüm olabilir Enerji toplayan anteninin özenle dizayn edilmiş kablosuz ağları kısıtlamalı ve Işleme devresi. Bununla birlikte, kullanılabilir DC çıktı elde etmek kritik bir sorundur Hasat makinesi tarafından alınan sinyaller gibi RF sinyallerinin voltajı düşük genlikken Herhangi bir kablosuz cihazı çalıştırmak için gereken voltaj orantılı olarak yüksektir. Dahası, çoğu RF enerjisinin hasat edilmesinde geçmişteki çalışmaların yalnızca tek frekans için etkili olduğu ve Daha az cevap verirler. Bu nedenle, bu araştırma, geliştirilmiş ve optimize edilmiş bir WLAN ikili Gerçek zamanlı kanal kayıplarının dahil edilmesiyle birlikte bant enerjisi toplama devresinin Imalat kaybı; Sunulan eserin yeni bir yönüdür. The Bu tezin katkısı sadece simüle edilen tasarımın ötesine geçiyor, ayrıca Ideal olmayan simülasyon analizi ve tasarımlanmış devrenin PCB uygulaması. Ideal ve İdeal olmayan devre tasarımı, her ikisinde de simülasyonlar eşliğinde karşılaştırılmıştır. Elde edilebilir hasat üst sınırını araştırmak için ideal ve ideal olmayan koşullar enerji. Simülasyon sonuçları yaklaşık% 67 verimlilik ve toplam çıktı 13 μJ enerji, böylece verici gücü 1 Watt ve vericiden mesafe 1 metre olarak tutulur; Ideal kanal özellikleri dikkate alınmıetır.