トリプルバンド無線／光エネルギーのコンカレント・ハイブリッドハーベスト技術の開発

三频无线/光能并行混合采集技术的开发

基本信息

批准号：
21K04198
负责人：
前多正
金额：
$ 1.5万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
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-21K04198/
关键词：
光・無線エネルギーハーベストデュアルバンドアンテナ整合回路インピーダンス圧縮回路インピーダンス適応制御 Dickson整流回路デュアルバンド整合回路エネルギーハーベスト光・無線ハイブリッドハーベスト

项目摘要

本研究は、強度の異なる複数の環境エネルギーとして、光及び無線エネルギーを、同時に効率よくエネルギー回収する技術開発を目的としており、特に、無線エネルギー源に関しては、地デジ放送波（540MHz中心）、UHF帯（920MHz）、無線LAN（2.4GHz）を対象としている。光エネルギーに関しては、アンテナ近傍に実装した太陽電池とアンテナとの干渉を回避できる回路開発を目標としている。2022年度は、アンテナと太陽電池のカップリングを定量的に調べるために、プリント基板上に、540MHzの折り返しダイポールアンテナ及び太陽電池を実装し、ベクトルネットワークアナライザにより、2ポート散乱パラメータを抽出することから、2つの間の結合容量を算出した。その結果、アンテナと太陽電池間の結合は非常に小さく、エネルギー回収に大きな影響を及ぼさないことが判明した。さらに、太陽電池と無線信号の整流回路を同時に動作させた場合に、回収効率が低下する原因を、マイクロ波回路シミュレータで検証した結果、一般的に用いられている整流ダイオードの逆方向電流が数マイクロアンペアと比較的大きいことにより、太陽電池の発電量が同程度に小さい場合には、整流ダイオードを介して、電流がアンテナ整合回路に逆流することと、逆に太陽電池の発電量が大きい場合には、整流回路のダイオードが逆バイアスになってしまうことが原因であることも再確認できた。次年度は、この結果を踏まえ、光及び無線エネルギーを効率よく回収する回路を実証する予定である。さらに、2022年度は、無線エネルギーハーベスト用のアンテナ整合回路が、整流回路の出力状態や、入力信号電力の違いにより、その最適条件から容易に逸脱することが判明した。この対策として、出力電圧から整合状態を読みとり、最適な整合状態を探索するアルゴリズムを考案した。次年度は、この回路の実証を行う予定である。

本研究的目的是开发能够同时高效地将光能和无线能量回收为不同强度的多种环境能量（920MHz）和无线局域网（2.4GHz）的技术。关于光能，目标是开发一种电路，可以避免天线和安装在天线附近的太阳能电池之间的干扰。 2022年，我们将在印刷电路板上实现540MHz折叠偶极天线和太阳能电池，定量研究天线和太阳能电池之间的耦合，并使用矢量网络分析仪提取双端口散射参数、天线和太阳能电池之间的结合能力。计算了两个。结果表明，天线和太阳能电池之间的耦合非常小，没有显着影响能量回收。此外，当我们使用微波电路模拟器验证太阳能电池和无线电信号整流电路同时工作时恢复效率下降的原因时，我们发现常用的整流二极管的反向电流由于其相对较大的微安级电流如果太阳能电池的发电量同样较小，则电流会通过整流二极管倒流到天线匹配电路，反之，如果太阳能电池的发电量较大，则整流二极管中的二极管会反向流入天线匹配电路。我能够再次确认这是由于偏差造成的。明年，根据这些结果，我们计划展示一种能够有效回收光和无线能量的电路。此外，在2022年，人们发现，由于整流电路的输出状态和输入信号功率的差异，用于无线能量收集的天线匹配电路很容易偏离其最佳条件。作为该问题的对策，我们设计了一种从输出电压读取匹配状态并搜索最佳匹配状态的算法。我们计划明年演示这个电路。