Diseño de un sistema de recolección de energía de RF inalámbrica aplicado a dispositivos IOT de baja potencia mediante la red 4g

Abstract

En este trabajo investigativo se propone e implementa un sistema de recolección de energía de radiofrecuencia ambiental para el acondicionamiento energético de dispositivos IoT con requerimientos de baja densidad de potencia. La estructura del sistema de captación de energía opera dentro de la banda móvil B4 (1700-2100 MHZ) con la frecuencia central de 2100 MHz. A través de una agrupación de antenas de parche microstrip de forma rectangular, y mediante el uso de la técnica de estructura de tierra defectuosa DGS, se propone una antena altamente eficiente en términos de ancho de banda y ganancia. La agrupación de antenas y la técnica DGS proporcionan un ancho de banda de 52.87 %, eficiencia de 94.49 %, ganancia de 5.835 dB y desplazamiento frecuencial de 3.757 a 2.113 GHz. El sistema de conversión de energía RF-DC se diseña sobre la base del diodo rectificador Schottky (HSMS2820) con topología circuital de tipo Villard de tres etapas. Según las simulaciones realizadas en el software Advanced Design System (ADS) se alcanza una eficiencia de conversión máxima del 17.48 % con una carga de 10 kΩ y voltaje de salida de 4.18 Voltios a una potencia de entrada de 10 dBm. El desempeño del sistema de recolección de energía en la captura practica de datos refleja una tensión de salida de 808 mV en un intervalo de 30 minutos, y a una distancia referente entre la fuente y el dispositivo de aproximadamente 50 metros.