Многодиапазонный ВЧ-выпрямитель на диодах SSr с улучшенным соотношением частот для биомедицинских беспроводных приложений.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13246 (2023) Цитировать эту статью

268 Доступов

Подробности о метриках

В этой статье описан четырехполосный имплантируемый ВЧ-выпрямитель с упрощенной схемой. Каждая ячейка ВЧ-выпрямителя последовательно согласовывается с четырьмя рабочими частотами для реализации предложенной конструкции. Предлагаемый радиочастотный выпрямитель может собирать радиочастотные сигналы в диапазонах Wi-Fi 1,830, 2,100 и пустом пространстве между 2,38 и 2,68 ГГц соответственно. На частоте 2,100 ГГц предлагаемый радиочастотный комбайн достиг максимального (постоянный радиочастотный ток) коэффициента преобразования мощности RF в постоянный ток (PCE) 73,00% и выходного постоянного напряжения \(V_{DC}\) 1,61 В для RF. мощность 2 дБм. На открытом воздухе ректенна показывает напряжение \(V_{DC}\) 0,440 В и питает маломощный оценочный модуль bq25504-674 (EVM) при напряжении 1,362 В. Размеры ВЧ-выпрямителя на печатной плате FR-4 доска равна 0,27\(\lambda _{g}\) \(\times\) 0,29\(\lambda _{g}\). ВЧ-выпрямитель демонстрирует способность эффективно использовать частотную область за счет многодиапазонной работы и хорошей полосы пропускания по сопротивлению благодаря методу последовательного согласования. Таким образом, за счет эффективного управления внешними характеристиками ректенны предлагаемая конструкция имеет потенциал для питания ряда маломощных биомедицинских имплантируемых устройств. (Ставки).

Встраиваемые устройства с низким энергопотреблением становятся все более популярными в различных потребительских и промышленных приложениях1,2. Биотелеметрия, доля и распределение лекарств — вот лишь некоторые из результатов, которые технологии BID оказали на сферу здравоохранения3,4. Последние достижения в области материалов и производства позволили создать новые, более мягкие и адаптируемые устройства с электродами с более низким импедансом5,6,7. С момента появления технологии в этих имплантатах использовались традиционные батареи и физические соединительные кабели4,8. Из-за их короткого срока службы батареи необходимо менять после однократной установки. Однако для замены этих батарей пациенту приходится пройти неудобную, дорогую и неприятную процедуру6,7,9. Кроме того, соединительные провода небезопасны и могут привести к другим инфекционным заболеваниям10. Для решения этих проблем и ограничений было создано несколько методов извлечения энергии из различных источников, включая вибрацию, акустику, звук, свет, давление и тепло11,12,13,14,15. Радиочастотные (РЧ) волны можно использовать для управления электрическими компонентами и пополнения запасов батарей имплантата8. Таким образом, источники окружающего электромагнитного излучения (ЭМ) становятся все более популярными для питания биомедицинских имплантатов16. Крайне важно собрать эти источники из-за относительно низкой амплитуды сигнала и значительной мощности, необходимой для привода биомедицинских имплантатов17. Конфигурируемый беспроводной передатчик энергии (БПЭ) можно просто использовать в качестве источника сигнала в имплантатах, когда желательна потенциальная рабочая мощность18. WPT может продлить срок службы батареи имплантируемых медицинских устройств (IMD) и облегчить боль пациентов во время операции8,19. Было проведено несколько исследований БПЭ, таких как микроволновое излучение и связь в ближнем поле16,17,19, основанные на различных условиях применения. Механизм связи в ближнем поле часто превосходит микроволновое излучение по дальности передачи, но имеет больший размер12,18. Таким образом, потенциальным механизмом создания миниатюрных IMD является микроволновое излучение на основе БПЭ16,17. На рисунке 1 показано, как БПЭ зависит от связи между передатчиком и приемником. Сегменту микроволнового приема БПЭ требуется имплантированная антенна и РЧ-выпрямитель для приема и преобразования излучаемого РЧ-сигнала в источник постоянного тока7. Регулируемые характеристики передатчика позволили WPT стать потенциальным решением для традиционных источников из окружающей среды для зарядки и питания имплантатов14,16. Источник питания и выпрямительная антенна составляют систему БПЭ. Таким образом, биомедицинские имплантаты могут получить значительную выгоду от сбора радиочастотной энергии благодаря своим различным преимуществам: беспроводная передача энергии, длительный срок службы батареи, возможности миниатюризации, повышенная надежность, масштабируемость и экологическая устойчивость2,18. Эти преимущества закладывают основу для усовершенствованных и ориентированных на пациента имплантируемых медицинских устройств, способствующих развитию здравоохранения и повышающих качество жизни пациентов.