Обґрунтування критеріїв вибору випрямних діодів для мікропотужних ректен систем збору енергії

Автор(и)

  • Василь Олександрович Алєксєєв Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-3282-5985
  • Дмитро В’ячеславович Грецьких Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-2645-7872
  • Дмитро Сергійович Гавва Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-4033-7746
  • Михайло Васильович Нестеренко Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-1297-9119
  • Олена Олександрівна Іванова Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0001-9970-7951

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.355841

Ключові слова:

ректена, збір енергії, діод Шотткі, узгодження імпедансів, ефективність перетворення

Анотація

Об’єктом дослідження є процес випрямлення енергії електромагнітного поля в мікропотужних ректенах на діодах Шотткі. Однією з проблем проєктування таких ректен є відсутність узгодженої системи кількісних критеріїв вибору випрямного діода для забезпечення високого ККД за наднизьких рівнів вхідної потужності з урахуванням його електрофізичних і паразитних параметрів. Практична значущість цієї задачі зумовлена потребою автономного живлення датчиків Інтернету речей у слабких електромагнітних полях. Виконано декомпозицію механізмів втрат, що дозволило відокремити фундаментальні обмеження, зумовлені вольт-амперною характеристикою, від частотно-залежних та паразитних параметрів діода. Дослідження виконано методом гармонічного балансу в AWR Design Environment. Розрахунки показали, що у мікроватному режимі вищі значення ККД досягаються для діодів з підвищеним струмом насичення через домінування порогових властивостей переходу. Для низькобар’єрних структур підвищення температури понад 50 °C супроводжується різким зростанням зворотних струмів витоку, що зумовлює падіння ККД. Зі зростанням частоти бар’єрна ємність переходу та паразитні параметри корпуса дедалі сильніше обмежують досяжний ККД, особливо на частотах 2,45 та 5,8 ГГц. Порівняльне моделювання комерційних діодів Шотткі показало, що в мікропотужному режимі доцільно орієнтуватися на низькобар’єрні структури з мінімізованими паразитними реактивностями, тоді як за вищих рівнів вхідної потужності перевага може переходити до структур із середньою висотою бар’єра. Практична цінність роботи полягає у розробці рекомендацій для обґрунтованого вибору елементної бази під час проєктування систем безбатарейного живлення датчиків Інтернету речей у слабких електромагнітних полях

Біографії авторів

Василь Олександрович Алєксєєв, Харківський національний університет радіоелектроніки

Аспірант

Кафедра інформаційних радіотехнологій і технічного захисту інформації

Дмитро В’ячеславович Грецьких, Харківський національний університет радіоелектроніки

Доктор технічних наук

Кафедра інформаційних радіотехнологій і технічного захисту інформації

Дмитро Сергійович Гавва, Харківський національний університет радіоелектроніки

Кандидат технічних наук

Кафедра інформаційних радіотехнологій і технічного захисту інформації

Михайло Васильович Нестеренко, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Доктор фізико-математичних наук

Кафедра фізики надвисоких частот

Олена Олександрівна Іванова, Харківський національний університет радіоелектроніки

Кандидат технічних наук

Кафедра інформаційних радіотехнологій і технічного захисту інформації

Посилання

  1. Tran, L.-G., Cha, H.-K., Park, W.-T. (2017). RF power harvesting: a review on designing methodologies and applications. Micro and Nano Systems Letters, 5 (1). https://doi.org/10.1186/s40486-017-0051-0
  2. Nikoletseas, S., Yang, Y., Georgiadis, A. (Eds.) (2016). Wireless Power Transfer Algorithms, Technologies and Applications in Ad Hoc Communication Networks. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-46810-5
  3. Shinohara, N. (2013). Wireless Power Transfer via Radiowaves. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781118863008
  4. Hemour, S., Wu, K. (2014). Radio-Frequency Rectifier for Electromagnetic Energy Harvesting: Development Path and Future Outlook. Proceedings of the IEEE, 102 (11), 1667–1691. https://doi.org/10.1109/jproc.2014.2358691
  5. Costanzo, A., Masotti, D. (2017). Energizing 5G: Near- and Far-Field Wireless Energy and Data Trantransfer as an Enabling Technology for the 5G IoT. IEEE Microwave Magazine, 18 (3), 125–136. https://doi.org/10.1109/mmm.2017.2664001
  6. Valenta, C. R., Durgin, G. D. (2014). Harvesting Wireless Power: Survey of Energy-Harvester Conversion Efficiency in Far-Field, Wireless Power Transfer Systems. IEEE Microwave Magazine, 15 (4), 108–120. https://doi.org/10.1109/mmm.2014.2309499
  7. Zhang, Z., Pang, H., Georgiadis, A., Cecati, C. (2019). Wireless Power Transfer – An Overview. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 66 (2), 1044–1058. https://doi.org/10.1109/tie.2018.2835378
  8. Popovic, Z. (2017). Near- and far-field wireless power transfer. 2017 13th International Conference on Advanced Technologies, Systems and Services in Telecommunications (TELSIKS), 3–6. https://doi.org/10.1109/telsks.2017.8246215
  9. Gu, X., Hemour, S., Wu, K. (2022). Far-Field Wireless Power Harvesting: Nonlinear Modeling, Rectenna Design, and Emerging Applications. Proceedings of the IEEE, 110 (1), 56–73. https://doi.org/10.1109/jproc.2021.3127930
  10. Smith, D. R., Gowda, V. R., Yurduseven, O., Larouche, S., Lipworth, G., Urzhumov, Y., Reynolds, M. S. (2017). An analysis of beamed wireless power transfer in the Fresnel zone using a dynamic, metasurface aperture. Journal of Applied Physics, 121 (1). https://doi.org/10.1063/1.4973345
  11. Fowler, C., Silva, S., Thapa, G., Zhou, J. (2022). High efficiency ambient RF energy harvesting by a metamaterial perfect absorber. Optical Materials Express, 12 (3), 1242. https://doi.org/10.1364/ome.449494
  12. Visser, H. J., Vullers, R. J. M. (2013). RF Energy Harvesting and Transport for Wireless Sensor Network Applications: Principles and Requirements. Proceedings of the IEEE, 101 (6), 1410–1423. https://doi.org/10.1109/jproc.2013.2250891
  13. Pinuela, M., Mitcheson, P. D., Lucyszyn, S. (2013). Ambient RF Energy Harvesting in Urban and Semi-Urban Environments. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 61 (7), 2715–2726. https://doi.org/10.1109/tmtt.2013.2262687
  14. Saito, K., Nishiyama, E., Toyoda, I. (2022). A 2.45- and 5.8-GHz Dual-Band Stacked Differential Rectenna With High Conversion Efficiency in Low Power Density Environment. IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, 3, 627–636. https://doi.org/10.1109/ojap.2022.3171035
  15. Chandravanshi, S., Sarma, S. S., Akhtar, M. J. (2018). Design of Triple Band Differential Rectenna for RF Energy Harvesting. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 66 (6), 2716–2726. https://doi.org/10.1109/tap.2018.2819699
  16. Contreras, A., Urdaneta, M. (2021). Analysis of Variance of the Diode Parameters in Multiband Rectifiers for RF Energy Harvesting. Radioengineering, 30 (1), 150–156. https://doi.org/10.13164/re.2021.0150
  17. Paz, H. P. D., Silva, V. S. D., Diniz, R., Trevisoli, R., Capovilla, C. E., Casella, I. R. S. (2023). Temperature Analysis of Schottky Diodes Rectifiers for Low-Power RF Energy Harvesting Applications. IEEE Access, 11, 54122–54132. https://doi.org/10.1109/access.2023.3281794
  18. Sze, S. M., Ng, K. K. (2006). Physics of Semiconductor Devices. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/0470068329
  19. Maas, S. A. (2003). Nonlinear Microwave and RF Circuits. Boston: Artech House, 608. Available at: https://us.artechhouse.com/Nonlinear-Microwave-and-RF-Circuits-Second-Edition-P1097.aspx
  20. Quarles, T., Newton, A. R., Pederson, D. O., Sangiovanni-Vincentelli, A. (1993). SPICE3 Version 3f3 User’s Manual. Berkeley, 145. Available at: http://www.gianlucafiori.org/appunti/Spice_3f3_Users_Manual.pdf
  21. Gretskih, D. V., Luchaninov, A. I., Vishniakova, J. V., Katrich, V. A., Nesterenko, M. V. (2018). Electrodynamic Model of a Wireless Power Transmission System. 2018 XXIIIrd International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), 80–85. https://doi.org/10.1109/diped.2018.8543290
  22. Luchaninov, A. I., Gretskih, D. V., Gomozov, A. V., Katrich, V. A., Nesterenko, M. V. (2019). Electrodynamic Approach to Designing WPT Systems with Accounting for Non-system Interactions. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 107–111. https://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879788
  23. Gretskih, D., Luchaninov, A., Katrich, V., Nesterenko, M. (2019). Electrodynamic Approach to Designing Wireless Power Transfer Systems (Internal System Processes). 2019 International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo), 1–6. https://doi.org/10.1109/ukrmico47782.2019.9165536
  24. Gretskih, D., Luchaninov, A., Katrich, V., Nesterenko, M., Gomozov, A. (2019). Extemal Parameters of Wireless Power Transmission Systems. 2019 XXIVth International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), 117–121. https://doi.org/10.1109/diped.2019.8882592
  25. Alieksieiev, V., Gretskih, D., Luchaninov, A., Lykhograi, V., Shcherbina, A. (2021). Applying the Electrodynamic Approach to Modeling Wireless Power Transmission Systems. 2021 IEEE 26th International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), 111–115. https://doi.org/10.1109/diped53165.2021.9552254
  26. AWR Design Environment Platform (2026). Cadence Design Systems. Available at: https://www.cadence.com/en_US/home.html
  27. Roberg, M., Falkenstein, E., Popovic, Z. (2012). High-efficiency harmonically-terminated rectifier for wireless powering applications. 2012 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1–3. https://doi.org/10.1109/mwsym.2012.6259641
  28. Nelder, J. A., Mead, R. (1965). A Simplex Method for Function Minimization. The Computer Journal, 7 (4), 308–313. https://doi.org/10.1093/comjnl/7.4.308
  29. The Zero Bias Schottky Detector Diode: Application Note 969. San Avago Technologies, 6. Available at: https://people.ee.ethz.ch/~mzahner/PPS-EMrad/material/literature/RF-Detectors_Receivers/The%20Zero%20Bias%20Schottky%20Detector%20Diode%20(Avago%20AN%20969).pdf
  30. SMS7630 Series. Surface Mount Mixer and Detector Schottky Diodes. Available at: https://www.skyworksinc.com/Products/Diodes/SMS7630-Series
  31. El Mattar, S., Baghdad, A., Ballouk, A. (2022). A 2.45/5.8 GHz high-efficiency dual-band rectifier for low radio frequency input power. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 12 (3), 2169. https://doi.org/10.11591/ijece.v12i3.pp2169-2176
  32. Bhatt, K., Kumar, S., Kumar, P., Tripathi, C. C. (2019). Highly Efficient 2.4 and 5.8 GHz Dual-Band Rectenna for Energy Harvesting Applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 18 (12), 2637–2641. https://doi.org/10.1109/lawp.2019.2946911
Обґрунтування критеріїв вибору випрямних діодів для мікропотужних ректен систем збору енергії

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-29

Як цитувати

Алєксєєв, В. О., Грецьких, Д. В., Гавва, Д. С., Нестеренко, М. В., & Іванова, О. О. (2026). Обґрунтування критеріїв вибору випрямних діодів для мікропотужних ректен систем збору енергії. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (140), 17–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.355841

Номер

Том 2 № 8 (140) (2026): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Vasyl Alieksieiev, Dmytro Hretskykh, Dmytro Havva, Mikhail Nesterenko, Olena Ivanova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.