射頻能量擷取的轉換效率極限及達成此最大值的最佳整流天線結構
| Name | Year |
| 邱證維 | 2016 |
| Keywords | |
| 能量擷取、阻抗匹配、最佳化方法、無線傳能、整流天線、整流電路 |
整流天線發展數十年，眾多文獻都在追求高轉換效率（Power Conversion Efficiency, PCE） 的整流天線。但由於整流天線所能達到的最大轉換效率（轉換效率的理論上限）至今仍未被提出，因此各篇文獻在比較轉換效率時，缺乏一個客觀的比較基準來評估轉換效率的好壞。有鑒於此，本研究針對輸入功率區間為‒20 dBm到0 dBm，歸納出整流天線所能達到的最大轉換效率，適用於環境背景的射頻能量擷取。在整流電路的設計上，本論文提出一套有系統的設計方法，使整流電路的轉換效率能夠達到最大化，其中，影響整流電路轉換效率的參數有操作頻率、天線接收功率、整流電路的結構以及電路原件參數，此外，眾多研究在改善低入射功率整流天線轉換效率的做法都是著重於天線設計，目的是為了使天線能夠擷取到更多的射頻能量。然而，本研究發現，在低入射功率的情境中，若要最大化轉換效率，除了將整流天線各級的參數最佳化之外，在結構上還必須將匹配網路移除，才能使轉換效率逼近理論上限（Theoretical limit of PCE）。最後，依照本論文所提的最佳化方法，我們設計出一個操作在2.45 GHz的最佳整流天線，轉換效率在輸入功率–10 dBm及0 dBm分別為50 %和63 %，量測結果非常接近理論上限。
相關論著
- Y.-S. Chen and C.-W. Chiu, “Maximum achievable power conversion efficiency obtained through an optimized rectenna structure for RF energy harvesting,”IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 5, pp. 2305–2317, May 2017.
- Y.-S. Chen and C.-W. Chiu, “Insertion loss characterization of impedance matching networks for low-power rectennas,” IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol., vol. 8, no, 9, pp. 1632–1641, Sep. 2018.
- Y.-S. Chen and C.-W. Chiu, “Theoretical limits of rectifying efficiency for low-power wireless power transfer,” Int. J. RF Microw. Comput. Aid. Eng., vol. 28, no. 4, pp. 1–11, May 2018.
- Y.-S. Chen and C.-W. Chiu, “Characterization of the lossyness of matching networks for RF energy-harvesting rectennas,” in Proc. 11h Eur. Conf. Antennas Propag., Paris, France, Mar. 2017, pp. 2053‒2056.
