Sustainable infrastructure monitoring platform

可持续基础设施监测平台

• 批准号: 21K04177
• 负责人: 金谷 晴一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04177/
• 关键词: エネルギーハーベスティング; 平面アンテナ; インビーダンス整合; 昇圧回路; インフラ監視; 持続可能; エネルギーハーベスト; エネルギーハーベスティング; 平面アンテナ; インビーダンス整合; 昇圧回路; インフラ監視; 持続可能; エネルギーハーベスト

本研究の目的は、これまで効率的に再利用されることが少なかった放送や通信などで放射されたマイクロ波に着目し、マイクロ波を電源とする「持続可能インフラ監視プラットフォーム」を実現することである。これまで知られているインピーダンス整合回路は、負荷インピーダンス値の複素共役となるように設計され、伝達される電力が最大となる。しかしながら申請者が提案する整合回路は、出力側が直流回路であることに着目することで、インピーダンスの複素数の概念を取り除き、電力ではなく電圧振幅のみを整合させる新たな回路である。本年度は広帯域で動作する平面アンテナを開発した。アンテナの構成として、回路との整合性がより差動入力によるダイポールアンテナを基本とした。差動回路の一方をエネルギーハーベスティング回路の＋側、もう一方を－側に接続することで、理論上2倍の出力電圧を得ることが可能となった。小型化のためにダイポールアンテナの一部をL型に折り曲げることとした。また、ダイポールアンテナから分岐するメタル配線をループ状に形成することで、動作周波数の異なるループアンテナを実現した。さらに信号入力部にマイクロストリップスタブを2本挿入することにより、広帯域なインピーダンス整合回路の実現に成功した。これにより、広帯域化が実現できた。アンテナの基板は多くの電子機器において標準で使用されているFR4基板とした。比誘電率は約4である。アンテナの設計には三次元電磁界解析ソフトを用いて、基板誘電率、誘電損失、及びメタル層の低効率等を詳細にモデル化した。

这项研究的目的是专注于广播和通信发出的微波，直到现在尚未有效地重新使用，并实现使用微波作为电源的“可持续基础架构监控平台”。以前已知的阻抗匹配电路被设计为负载阻抗值的复杂偶联物，并实现了最大功率。但是，申请人提出的匹配电路是一个新电路，该电路通过专注于电路的输出侧来消除复杂阻抗数的概念，并且仅匹配电压振幅而不是功率。今年，我们开发了一个平面天线，该天线在宽带上运行。天线结构基于具有差分输入的偶极天线，这与电路更一致。通过将一个微分电路与正面的一个侧和另一侧连接到能量收集电路的一侧，可以从理论上获得两倍的输出电压。为了使其较小，一部分偶极天线弯曲成L形状。此外，通过以环形形状从偶极天线形成金属接线，实现了具有不同工作频率的环形天线。此外，通过将两个微带存根插入信号输入部分，宽带阻抗匹配电路已成功实现。这使带宽的扩大。天线板是FR4板，在许多电子设备中被用作标准配置。相对介电常数约为4。使用三维电磁场分析软件进行天线设计，以详细介绍底物介电常数，介电损耗和详细的金属层效率低。