¿Cómo calcular la impedancia de un rectificador?

Question

Estoy trabajando en la recolección de energía de RF. Ahora estoy tratando de calcular la impedancia del rectificador, para hacer el emparejamiento de impedancias. Una antena (50 ohmios) recibe señales de RF (915 MHz) y finalmente se convierte en corriente continua (DC) mediante el rectificador y se almacena en el capacitor.

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

En la figura, se necesita encontrar el valor de L1, C1, y el nodo del sensor.

1. ¿Cómo se calcula la impedancia del rectificador?
2. ¿Debería considerar la impedancia del nodo del sensor inalámbrico? Si es necesario, ¿cómo se mide la impedancia del nodo del sensor?
3. ¿Es necesario un convertidor DC-DC entre C3 y el nodo del sensor?
4. Dado que la antena recibe una señal de RF de 915MHz, ¿la frecuencia de la corriente alterna en el rectificador también es de 915MHz?

Había construido un rectificador sin ajuste de impedancia y había realizado un experimento. Medí el cambio de voltaje de C2, C3 pero el resultado es extraño. El voltaje de C3 permanecerá en 2V durante aproximadamente 250ms. Sin embargo, teóricamente, el voltaje debería ser el doble de V(c2) que es de 100mv.
Otra pregunta es ¿por qué el período del tiempo de carga de C2 es de 10ms? Pensé que debería ser 1/4 del período de la fuente de AC (1/915MHz). ¿O lo estoy interpretando mal? Estas preguntas parecen ser estúpidas... ¡perdón... jaja!

Answer 1

¿Es necesario un convertidor DC-DC entre el C3 y el nodo del sensor?

Estos diodos tienen un voltaje de ruptura inversa de aproximadamente un voltio, por lo que incluso si tuvieras una fuente de RF fuerte, obtendrás solo alrededor de medio voltio de salida para tu sensor... los diodos deben lidiar con el voltaje de pico a pico de RF. Si tu sensor requiere más de medio voltio, entonces se necesitará un convertidor DC-DC.

¿Debería considerar la impedancia del nodo del sensor inalámbrico? En caso necesario, ¿cómo medir la impedancia del nodo del sensor?

Muestras el sensor como una resistencia equivalente (esto tiene sentido, porque absorberá potencia). Depende de ti caracterizar esta resistencia, no se nos dice nada al respecto. La red de coincidencia L1, C1 necesitará valores para suministrar la potencia máxima a esta resistencia.

¿Cómo calcular la impedancia del rectificador?

Esto es bastante difícil de determinar, porque los diodos son dispositivos no lineales. Los diodos tienen una resistencia mínima, la hoja de datos de este dice que es de 20 ohmios. Su "resistencia de video" es de aproximadamente 5000 ohmios, y podría representar un máximo. En el sesgo cero, su resistencia dinámica es aún mayor, y depende de la temperatura. Además, ambos diodos no conducen todo el tiempo, lo que hace que su resistencia efectiva sea aún mayor.

Una simulación SPICE podría ayudar a elegir los valores apropiados de L1, C1 para la red de coincidencia. El modelo del diodo se vería así:

.MODEL Dsms7630 D(IS=5e-6 N=1.05 RS=20 CJO=0.14e-12 TT=1e-11 M=0.4 EG=.69 XTI=2 FC=.5 BV=2 IBV=1e-4 VJ=.34)

Answer 2

El primer problema a resolver es determinar los valores de C1 y L1. Decidí quitar los diodos del circuito cortocircuitándolos. El capacitor de 10uF es efectivamente un cortocircuito a 915MHz, por lo que el circuito restante tiene C1 y C2 en paralelo. Asumí que C2 está fijo y hice que C1 fuera del mismo valor. Luego calculé L1 para una impedancia de entrada de 50 ohmios, que es 8.558nH. Simulé el circuito que verificó la impedancia de 50 ohmios. Luego volví a colocar los diodos. En ese momento no tenía un modelo de los diodos, así que creé uno, pero aún encontré que la impedancia estaba cerca de 50 ohmios. No estoy diciendo que esta sea la respuesta final, pero podría funcionar como un buen enfoque inicial.