Hücresel haberleşme frekanslarında rf enerji hasat sisteminin tasarımı ve uygulanması

RF Enerji hasadı teknolojisi, kablosuz cihazların ve sensörlerin kullanımının yaygınlaştığı günümüzde büyük ilgi görmektedir. Enerji ihtiyacını bataryalardan sağlama imkanı olmayan uygulamalar için kolay ve ücretsiz enerji sağlamaktadır. Bu nedenle dünyadaki en çok araştırma konularından biri haline gelmiştir. Bu tezde, dört farklı frekansta, rektenna (anten ve doğrultucu devre) ve eşleme devresinden oluşan çok bantlı RF enerji hasat sisteminin tasarımı sunulmaktadır. Mikroşerit geniş bantlı log-periyodik dipol anten, GSM (Global System for Mobile Communications) dahil olmak üzere UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) ve LTE(Long-Term Evolution) frekanskarını içeren çok bantlı sinyalleri toplamak için tasarlanmıştır. Tasarlanan anten 0,78 GHz ile 3,1 GHz aralığında iyi bir geri dönüş kaybı performansına sahiptir. Önerilen antenin tasarımı ve performans optimizasyonu bilgisayar simülasyon yazılımı CST Studio Design yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Anten simüle edilmiştir ve simülasyonlar sonucunda 6,3 dBi gibi tatmin edici bir tepe kazancı elde edilmiştir. Antenin fabrikasyonu gerçekleştirilmiş olup geri dönüş kaybı için, simülasyon verileri ile VNA verileri uyum içindedir. Sonraki aşama olarak, RF' den DC' ye dönüşüm ve yüksek voltaj çıkışı elde etmek için doğrultucu devreler önerilmiştir. RF enerjisini DC çıkışa dönüştürmek için SMS7630-005LF Schottky diyotları kullanan üç aşamalı voltaj katlayıcılı doğrultucu devreleri tasarlanmıştır. Tasarımda T tipi toplu elemanlar eşleştirme tekniği dört bant için de kullanılmıştır. Tasarımda Advanced Design System(ADS 2019) yazılımı kullanılarak çok bantlı doğrultucular için kullanılan T tipi toplu eleman eşleme ağı ile GSM-900/1800, UMTS-2100 ve LTE-2600 frekanslarında rezonansa getirilmiştir. Ayrıca RF-DC maksimum dönüşüm verimlilikleri 900 MHz için %78, 1800 MHz için %79, 2100 MHz için %75 ve 2600 MHz için ise %68' dir. Doğrultucu çıkış gerilimleri ise her bir frekans için maksimum 5.6 V' dur. Tasarımı tamamlanan RF enerji hasat sistemi dış ortam ve iç ortam ölçümleri yapılmıştır. İç ortamda 900 MHz frekansı için yapılan ölçümlerde, -3 dBm giriş gücü için 3.1 V' dur. Ayrıca iç ortam ölçümlerinin simülasyon sonuçları ile benzer olduğu görülmüştür.