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5.8 GHz 다이폴 안테나를 이용한 렉테나 설계
Design of a 5.8 GHz Rectenna Using Dipole Antenna 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.8 no.1, 2009년, pp.45 - 52  

오경민 (광운대학교 전파공학과) ,  이현욱 (광운대학교 전파공학과) ,  남희 (광운대학교 전파공학과) ,  홍태의 (광운대학교 전파공학과) ,  이대성 (KETI 나노메카트로닉연구센터) ,  황학인 (KETI 나노메카트로닉연구센터) ,  이종철 (광운대학교 전파공학과)

초록
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본 논문에서는 Quasi Yagi 효과를 갖는 다이폴 안테나와 CPS 구조의 공진기를 이용한 정류회로를 이용하여 5.8 GHz에서 무선전력 전송이 가능한 렉테나를 설계하였다. CPW 급전 구조를 이용하여 CPW의 접지 면을 다이폴의 반사기로 사용하여 야기 우다 안테나와 비슷한 구조로 기존의 다이폴 안테나보다 이득을 높이는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 CPS 구조의 공진기를 이용하여 2차 고조파가 제거된 정류회로를 설계하였다. 그 결과 본 논문에서 제안한 렉테나는 부하저항이 1.4 $k{\Omega}$에서 61% 의 RF-to-DC Power 최대 변환 효율을 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a new rectenna is presented for the wireless transmission of microwave power using dipole antenna (Quasi Yagi effect) and rectifier of CPS resonator structure. The dipole antenna with CPW feedline has high peak gain than a general dipole antenna. A ground plane of CPW is used to refle...

주제어

#Rectenna   #printed dipole antenna   #CPS resonator   #quasi yagi   #wireless power transmission  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 초창기 무선 전력 전송 기술은 차세대 청정에너지 개발 목적의 일환으로 우주 공간에 설치되어진 태양 전지판에 의해 생성된 직류 전압을, 지구로 송전하기 위해 RF 전력으로 변환하여 전송하고 지구에서는 받은 RF 전력을 DC 전압으로 변환을 하는 것으 로 1968년 Peter Glaser 박사가 최초로 제안한 이 후, 꾸준한 연구가 진행 되어왔다 [1]. 근래에 들어서는 여러 가지 정보 수집을 위한 센서들 중 인체나 수중 등에서의 센싱은 전력 공급이 어려운 환경이므로 이를 해결하기 위해 RF전력을 이용하여 전력을 공급 하는 것을 목적으로 연구가 넓혀지면서 앞으로 다가 올 USN (Ubiquitous Sensor Network)에 큰 영향을 줄 것으로 예상되어 진다.
  • 본 논문에서는 CPW 급전 구조의 다이폴 안테나와 CPS 공진기를 이용하여 5.8 GHz 대역에서 무선 전력 전송이 가능한 렉테나를 설계하였다. CPW 급전 구조의 다이폴 안테나는 접지면이 다이폴 안테나의 반사기로서 작용하여 기존의 일반적인 평판 인쇄형 다이폴 안테나의 이득보다 높은 4.
  • 본 논문에서는 ISM 대역인 5.8 GHz에서 동작하는 다이폴 안테나를 이용하여 렉테나를 설계한다.
  • 본 논문에서는 소형, 경량화 추세에 맞추어 평판 인쇄형 구조의 다이폴 안테나를 설계하며, CPW 급전 구조를 이용하여 접지 면을 다이폴의 반사기로 사용하여 야기 우다 안테나와 비슷한 구조로 기존의 다이폴 안테나보다 이득을 높이는 결과를 얻도록 한다.
  • 오늘날 지능형 교통 시스템(ITS) 및 무선 통신에서 정보시스템의 성능은 날로 발전해 가고 있으며 더불어 이러한 시스템을 동작시키기 위한 전력 공급 기술 역시 진화하고 있으며 이에 본 논문에서는 차세대 무선 전력 공급 기술(wireless power transmission)인 렉테나 설계에 대한 연구 결과를 발표한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적으로 렉테나용 안테나로는 무엇을 사용하는가? 이는 곧 안테나의 사이즈가 클수록 유리하다는 의미인데, 최근 각종 전자기기가 소형화되는 추세로 미루어본다면 안테나의 크기 소형화 역시 중요한 문 제이다. 일반적으로 렉테나용 안테나로는 제작이 쉽 고 선형이득이 좋은 패치 안테나와 다이폴 안테나를 사용한다 [2]. 본 논문에서는 소형, 경량화 추세에 맞 추어 평판 인쇄형 구조의 다이폴 안테나를 설계하 며, CPW 급전 구조를 이용하여 접지 면을 다이폴의 반사기로 사용하여 야기 우다 안테나와 비슷한 구조 로 기존의 다이폴 안테나보다 이득을 높이는 결과를 얻도록 한다.
무선 전력 전송의 효율을 높이려면 안테나를 어떻게 설계해야 하는가? [그림 1]은 렉테나의 기본 구조를 나타낸 그림이 며, 무선 전력 전송의 효율을 높이기 위하여 지향성과 선형이득이 큰 안테나가 설계되어야 한 다. 이는 곧 안테나의 사이즈가 클수록 유리하다는 의미인데, 최근 각종 전자기기가 소형화되는 추세로 미루어본다면 안테나의 크기 소형화 역시 중요한 문 제이다.
5.8 GHz에서 무선전력 전송이 가능한 렉테나의 장점은? 8 GHz에서 무선전력 전송이 가능한 렉테나를 설계하였다. CPW 급전 구조를 이용하여 CPW의 접지 면을 다이폴의 반사기로 사용하여 야기 우다 안테나와 비슷한 구조로 기존의 다이폴 안테나보다 이득을 높이는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 CPS 구조의 공진기를 이용하여 2차 고조파가 제거된 정류회로를 설계하였다.
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참고문헌 (8)

  1. W. C. Brown, "The history of power transmission by radio waves," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 32, no. 9, pp. 1230-1242, Sept. 1984. 

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  2. 박종철, 이영철, "마이크로파 Rectenna의 설계와 DC 변환 효율 분석에 관한 연구," 대한전자공학회 논문지, 제5권, 제2호, pp. 88-93, 1996. 2. 

  3. L. Zhu and K. Wu, "Model-based characterization of CPS-fed printed dipole for innovative design of uniplanar integrated antenna," IEEE Microwave and Guided Wave Lett., vol. 9, no. 9, pp. 342-344, Sept. 1999. 

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  4. C. Y. Lee, "The effects of the coupled slotline mode and air-bridges on CPW and NLC waveguide discontinuities," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 2759-2765, Dec. 1995. 

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  5. Y. H. Suh and K. Chang, "Coplanar stripline resonators modeling and applications to filters," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 50, no. 5, pp. 1289？1296, May 2002. 

  6. C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, 3rd Ed., Wiley Interscience, 2005. 

  7. 오경민, 이현욱, 남 희, 윤기철, 홍태의, 이대성, 황학인, 이종철, "스터브를 이용한 광대역 렉테나 설계," 한국ITS학회논문지, 제7권, 제4호, pp.86-96, 2008. 8. 

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  8. Y. J. Ren, M. F. Farooqui, and K. Chang, "A compact dual-frequency rectifying antenna with high-order harmonic-rejection," IEEE. Trans. Antennas and Propagation, vol. 55, no. 7, pp.2110-2113, July 2007. 

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