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2-섹션 분기선 결합기를 이용한 동시 정보 및 전력 전송용 고효율 정류기 배열
이다주(Daju Lee),김기철(Kichul Kim),박주만(Juman Park),오준택(Juntaek Oh) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.7
본 논문은 2-섹션 분기선 결합기를 이용한 동시 정보 및 전력 전송 (SWIPT)용 정류기 배열을 설계한 결과를 제시한다. 정류기 배열을 구성하기 위해 2-섹션 분기선 결합기 기반의 전류 재사용 방식을 적용하여 넓은 입력 전력 범위에서 높은 정류 효율을 얻었다. 격리 포트에서 전력 신호를 반사하고, 정보 신호만을 수신할 수 있도록 U형 2차 대역 저지 필터를 제안 및 설계하였다. 설계된 정류기 배열의 부정류기는 전압 체배 구조를 적용하였으며, 입력 전력에 따른 임피던스 변화를 최소화하여 입력 전력에 따른 매칭 안정도를 높였다. 제안한 정류기 배열은 2.45 GHz에서 최대 74.7 %의 효율을 얻었으며, 13 dBm~32 dBm의 넓은 입력 전력 범위에서 50 % 이상의 효율을 가졌다. This study presents a rectifier array with a two-section branch-line coupler for simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT). The branch-line coupler-based power recycling technique is introduced to combine two sub-rectifiers to maintain high rectification efficiency within a wide input power range. A U-shaped 2nd order band stop filter is proposed to reflect a power signal and transmit an information signal to the isolated port of the coupler. A voltage doubler topology is adopted for the sub-rectifiers to minimize the impedance change to the input power. The proposed rectifier array achieves a wide input power range of 13 dBm~32 dBm for a power conversion efficiency (PCE) > 50 %, with a peak PCE of 74.7 % at 2.45 GHz.
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전송 선로 트랜스포머 기반 넓은 입력 전력 및 광대역 특성을 갖는 고효율 정류기
김빛찬,이다주,오준택 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.3
본 논문은 전송선로 트랜스포머 기반 넓은 입력 전력 및 주파수 범위 특성을 갖는 고효율 정류기를 설계 및 제작한결과를 제시한다. 제안한 정류기는 전압 체배기와 정합을 위한 전송선로가 전압 체배기의 각 다이오드에 연결되어 구성된다. 두 개의 연결된 전송 선로는 트랜스포머 형태로 구성되어 길이 당 높은 인덕턴스를 가져 낮은 삽입 손실을 갖도록하며, 넓은 입력 전력 및 주파수 범위에서 소스 임피던스에 정합하도록 최적화 하였다. 제안한 정류기는 34.4 mm×12.8 mm의 크기로 제작되었으며, 측정을 통해 성능을 검증하였다. 제작된 정류기는 2.0~2.8 GHz의 넓은 주파수 대역에서70 % 이상의 높은 전력 변환 효율을 가졌으며, 2.45 GHz의 중심주파수에서 50 % 이상의 전력 변환 효율을 갖는 입력전력 범위가 4.6~22.8 dBm임을 측정을 통해 확인하였다.
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넓은 입력 전력 및 주파수 범위 특성을 갖는 정합된 전압 체배기 기반 고효율 정류기
김빛찬,이다주,오준택 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.2
본 논문은 정합된 전압 체배기 기반 고효율 정류기를 제작한 결과를 제시한다. 제안한 정합된 전압 체배기는 2개의다이오드로 구성된 전압 체배기와 각 다이오드에 연결되는 L-형 임피던스 정합단으로 구성된다. 적용된 L-형 임피던스정합단은 각 다이오드의 리액턴스를 제어하여, 정류기가 넓은 입력 전력 및 주파수 범위에서 높은 효율을 갖도록 한다. 제안한 정류기의 성능을 검증하기 위해 제작 및 측정을 진행하였다. 제작된 정류기는 1.5~2.6 GHz의 넓은 주파수 대역에서 50 % 이상의 정류 효율을 가졌으며, 2.4 GHz에서 10.9~31 dBm의 범위에서 50 % 이상의 정류 효율을 유지하였으며최대 효율은 71.2 %를 얻었다.
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김빛찬,이다주,김지수,오준택 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.6
This study proposes a high-efficiency rectifier array with multiple power modes based on variable power distribution. The proposed rectifier array comprises of rectifier cell 1 for low-power mode, rectifier cell 2 for high-power mode, and a variable power divider. The variable power divider, composed of two branch line couplers and a variable impedance stage, determines the power-dividing ratio by controlling the variable impedance stage. If the input power is adaptively distributed in the rectifier array according to the input power, the rectifier array can maintain high efficiency over a wide input power range. The size of the proposed circuit is 67.7 mm×47.4 mm. The measurements obtained during experimentation show that proposed rectifier array has high power conversion efficiency of 80.2 % and 68.7 % in the low and high-power modes, respectively. The circuit can maintain high power conversion efficiency of over 50 % over an input power range of 4.4−28 dBm depending on the selected mode at 2.45 GHz.
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