Miniaturized Printed Antennas for RF Energy Harvesting Applications

Abstract

الحساسات اللاسلكيه تستخدم في العديد من تطبيقات حياتنا اليومية مثل التطبيقات الطبيه, النفطيه, استكشافات الغاز, انظمة التحكم و كثير من التطبيقات الاخرى. واحده من المشاكل في استخدام الحساسات اللاسلكيه هي كيفية تزويدها بالطاقه لان استعمال البطاريات في اغلب الحالات هي ليست الطريقه المثلى لعدة عوامل مثل العدد الكبير للحساسات اللاسلكيه, التكلفه العاليه و عدم إمكانية الوصول في بعض المناطق النائية. احد الحلول المطروحه هو حصاد الطاقه من الترددات الراديويه التي تشع من الانظمه اللاسلكيه الموجوده في كل مكان أو استخدام مصدر طاقه مخصص لاسلكي لتغطية منطقه جغرافيه محدده. نظام حصاد الطاقه من الترددات الراديويه يتكون من هوائي لالتقاط موجات الترددات الراديويه و مقوم لتحويل موجات الترددات الراديويه لتيار مباشر يمكن الاستفاده منه. في هذا العمل, تم تصميم هوائيين صغيرين مطبوعين ثنائيات النطاق ليدمجا مع الحساسات اللاسلكيه الصغيره لتزويدهم بالطاقه عن طريق حصاد الطاقه من الترددات الراديويه. تم تصميم هوائي مموج الخط ثنائي النطاق صغير كهربائيا لتغطية معظم الأنظمه الخليويه اللاسلكيه المعروفه مثل GSM 900, GSM 1800 و UMTS. الهوائي يعمل على الترددين 915 و 1900 ميقاهيرتز. تم تحقيق خاصية ثنائية النطاق عن طريق استخدام مشعين مختلفين كل واحد منهما مسؤول عن نطاق واحد و تم استخدام خط نقل له ربع طول موجي لمطابقة مقاومة الهوائي عند 915 ميقاهيرتز. تم اختبار الهوائي المقترح لعملية حصاد الطاقه من الترددات الراديويه و من ثم تمت مقارنته مع هوائي مرجعي ثنائي القطبيه الذي هو جزء من معدات Powercast P2110-EVAL-01 و هي تستخدم لقياس مقدار الطاقه المجمعه. الهوائي المرجعي ثنائي القطبيه قادر على استقبال الاشاره حتى مسافة 5 امتار من المرسل بينما الهوائي المقترح ذو الخط المموج قادر قادر على استقبال الاشاره حتى مسافة 3 امتار مع العلم أن حجم الهوائي ثنائي القطبيه يوازي اربعة اضعاف حجم الهوائي المقترح. تم تصميم هوائي patch ثنائي النطاق ذو معامل تصغير عالي لتغطية ترددين WLAN عند 2.45 و 5.2 جيجاهيرتز. تم تحقيق معامل تصغير مقداره 74% عن طريق استخدام ثقب لتوصيل الهوائي مع الأرضي و أيضا تم حفر شكل على طبقة الأرضي (DGS). نسبة التصغير المتحصل عليها هي الأعلى حتى الان بالنسبه لهوائيات patch ثنائية النطاق. تم تصميم مقومي الموجه عند 2.43 و 5.2 جيجاهيرتز لاختبار امكانيات الهوائي المقترح في حصاد الطاقه من الترددات الراديويه. تم قياس جهد بمقدار0.9 و 0.4 V خلال مقاومه مقدارها 156 و 185 Ω عندما كانت القدره عند مدخل المقوم12 و 5 dBm عند 2.43 و5.2 جيجاهيرتز بالترتيب. تم حساب كفاءة تحويل مقدارها 25% و 26.5% عندما كانت القدره عند مدخل المقوم 12 و 5 dBm عند 2.43 و5.2 جيجاهيرتز بالترتيب.