The Journal of Korean Institute of Information Technology (한국정보기술학회논문지)

Korean Institute of Information Technology (한국정보기술학회)
권호 표지

Miniaturization of Rectenna using Fractal geometry for WPT

프랙탈 구조를 이용한 무선 전력 전송용 렉테나의 소형화

  • Published : 2012.01.31
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Abstract

The design of rectenna for wireless power transfer using the fractal geometry is presented in this paper. Fractal geometry is known that have 'self-similarity' and 'recursiveness'. It is mainly used for size reduction of the microstrip antennas and multiple resonance in published papers. However, multiple resonance characteristic is not suitable for the rectifying circuit, because it mainly causes the low voltage output. Thus, in this paper, the CPW(coplanar waveguide) ground structure is used for making the multiple resonance characteristic to a single resonance. Zero-vias schottky diode is used for rectifying circuit, and the other parts are designed for the optimized AC-to-DC conversion efficiency.

본 논문에서는 프랙탈(fractal) 구조를 이용한 무선 전력 전송용 정류 안테나인 렉테나(rectenna)를 설계하였다. 프랙탈 구조는 하부 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 되풀이 되는 자기 유사성 구조를 말하며 기존 논문에서는 패치 안테나에 사용되어 크기 축소와 다중 공진의 특성을 보여 왔다. 이에 본 논문에서는 마이크로스트립 패치 안테나에 프랙탈 구조를 사용하여 동일 대역의 패치 안테나보다 크기를 축소하였으며, 다중 공진 특성 개선을 통한 정류회로의 출력 향상을 위해 CPW(coplanar waveguide) 급전구조를 사용하여 단일대역 안테나를 구현하였다. 또한 정류회로는 낮은 전력 환경에서 동작하며 스위칭 속도가 빠른 zero-vias schottky diode를 사용한 반파 배전압 구조를 통해 2.45GHz에서 최적의 변환효율이 나오도록 설계하였다.

Keywords

References

  1. W. C. Brown, "The History of Power Transmission by Radio Waves", IEEE Trans. micro. theory tech., Vol. MTT-32, No. 9, pp. 1230-1242, Sep. 1984.
  2. W. C. Brown, "Optimization of the efficiency and other properties of the rectenna element", IEEE MIT-S Int. microwave symp. dig,, Vol. 76, No. 1, pp. 142-144, June 1976.
  3. 최기주, 황희용, "2.45GHz 대역 소전력 무선 전송", 한국전자파학회 논문지, 제 20권, 제 8호, pp. 777-783, 2009년 6월.
  4. 박정흠, "마이크로파 무선전력전송을 위한 렉테나 설계와 구현", 조명-전기설비학회 논문지, 제20권, 제 6호, pp. 43-48, 2006년 7월.
  5. Yu-Jiun Ren, M. F. Farooqui, and Kai Chang, "A Compact Dual-Frequency Rectifying Antenna With High-Orders Harmonic-Rejection", IEEE. Radio and Wireless Symposium (RWS), pp. 61-64, Jan. 2010.
  6. G. A. Vera, A. Georgiadis, and A. Collado, "Design od a 2.45 GHz rectenna for electromagnetic (EM) energy scavenging", IEEE Trans. antennas and propagations,, Vol. 55, No. 7, pp. 2110-2113, July 2007.
  7. J. O. McSpadden, Lu Fan, and Kai Chang, "Design and Experiments of a High- Conversion- Efficiency 5.8-GHz Rectenna", IEEE Trans. micro. theory tech,, Vol. 46, No. 12, pp. 2053-260, Dec. 1998.
  8. 전파진흥협회, "대한민국 주파수 분배표", 2005년 6월.
  9. 범경화, 고영호, "넓은 방사 슬롯을 이용한 초광대역 안테나", 한국정보기술학회 논문지, 제 8권, 제 11호, pp. 89-98, 2010년 11월.
  10. D. H. Werner, "An overview of Fractal Antenna Engineering research", IEEE Antennas and propagation magazine, Vol. 45, No. 4, pp. 38-57, Feb. 2003.
  11. M. N. Jahromi, "Bandwidth and Impedance-Matching Enhancement of Fractal Monopole Antennas Using Compact Grounded Coplanar Waveguide", IEEE Trans. antennas and propagations, Vol. 59, No. 7, pp. 2480-2487, July 2011.
  12. 김능연, 안점영, 오상광, 최성운, "전자회로 제 6판", 교보문고, 1999년 2월.