I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   24 ,   No .   1 Octo b er   2 0 2 1 ,   p p .   3 3 8 ~ 3 4 6   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 24 .i 1 . pp 33 8 - 34 6          338       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Co mpa ct  dua l - ba nd  RF   rec tif ie r f o r wire less  energy   ha rv esting   using   CRL H   t e ch nique       M a rwa   J a s im   Alh ily ,   Na s Al - K ha f a j i,  Sa lim   Wa di   C o m m u n i c a t i o n s   De p a r t m e n t ,   E n g i n e e r i n g   T e c h n i c a l   C o l l a g e - N a ja f ,   A l - F u r a t   Al - Aw sa t   T e c h n i c a l   U n iv e r s i t y ,   N a j a f ,   I r a q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   4 2 0 2 1   R ev is ed   J ul   30 2 0 2 1   Acc ep ted   Au g   4 2 0 2 1       In   th is  p a p e r,   a   n e d u a l - b a n d   r a d io   fre q u e n c y   ( RF )   re c ti fier  wa d e sig n e d .   Th e   p ro p o se d   d e sig n   is  a   lo w - p ro fil e   stru c t u re   with   d ime n sio n o   5 × 5 . 5   m m 2   o win g   to   t h e   u se   o lu m p e d   e lem e n ts  ra th e th a n   th e   c o n v e n t io n a l   tran sm issio n   li n e wh ic h   o c c u p y   larg e   fo o t p ri n ts.  Th is  p ro p e rt y   c a n   b e   p o ten ti a ll y   e x p lo i ted   to   u se   th e   p r o p o se d   re c ti fier   in   h ig h   d e n s e   re c ten n a   a rra y to   g e n e ra te  h i g h   o u t p u d ir e c c u rre n t   ( DC )   v o lt a g e s.  F u rt h e rm o re ,   th e   p ro p o se d   d e sig n   a d o p ts  th e   c o m p o site  ri g h t /l e ft - h a n d e d   c o m p o site  rig h t   left - h a n d e d   ( CR LH )   tec h n i q u e   t o   re a li z e   th e   d u a l - b a n d   str u c tu re   a fre q u e n c ies   o f   1 . 8   a n d   2 . 4   G Hz .   Afte rwa rd ,   th e   m a tch in g   c ircu i wa o p ti m ize d   to   m a k e   su re   th a t   it   o ffe rs   g o o d   m a tch i n g .   T h e   fre q u e n c y   re sp o n se   sh o ws   g o o d   m a tch in g   a b o t h   b a n d wh ic h   a re   a b o u - 2 2   a n d   - 25   d re sp e c ti v e ly .   Ev e n t u a ll y ,   t h e   sim u late d   c ircu i t   h a a   c o n v e rsio n   e fficie n c y   o f   5 2 %   a n d   o u t p u t   v o lt a g e s o f   0 . 5   V at  - 5   d B m   fo th e   tw o   b a n d s.     K ey w o r d s :   C R L m atch in g   n etwo r k   Du al - b an d   r ec tifie r   R F e n er g y   h ar v esti n g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma r wa  J asim  Alh ily   C o m m u n i c a ti o n s   D e p a r t m e n t E n g in ee r in g   T ec h n ical  C o llag e - Naja f   Al - Fu r at  Al - Awsat T ec h n ical  Un iv er s ity Naja f ,   I r a q   E m ail:  m ar wah @ atu . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   E n e r g y   h a r v e s t i n g   i s   a   p r o m is i n g   t e c h n o l o g y   s i n c e   t h e   e n v i r o n m e n t   o f   t h e   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I o T )   n e t w o r k   d e p e n d s   h i g h l y   o n   s e n s o r s ,   w h i c h   i n   t u r n ,   t h e y   n e e d   c o n t i n u o u s   p o w e r   s o u r c e s .   T h i s   i s   b y   i t s e l f   is   a   b i g   c h a l l e n g e   b e c a u s e   b a tt e r i es   s h o u l d   b e   r e p l a c e d   f r o m   o n e   t im e   t o   a n o t h e r ,   r e s u l t i n g   i n   t a s k   t h at   is   a   h e a v y   b u r d e n .   T h u s ,   l o o k i n g   f o r   a n   a l t e r n a ti v e   s o u r c e   t h a t   c o n s t a n t l y   p r o v i d e s   t h r e q u i r e d   p o we r   b e c o m e s   i n   h i g h   d e m a n d .   O n e   o f   t h s o l u ti o n s   i s   t o   s ca v e n g e   t h e   r a d i o   f r e q u en c y   r a d i o   f r e q u e n c y   ( R F )   p o we r   w h i c h   i s   a l w a y s   a v a i l a b l e   i n   s p a c e   [ 1 ] .   A ls o ,   t h e r e   a r e   o t h e r   t y p e s   o f   e n e r g y   s o u r c e s   w h i c h   a r e   t h e r m al   e n e r g y   [ 2 ] ,   s o l a r     e n e r g y   [ 3 ] ,   a n d   v i b r a t i o n s   e n e r g y   [ 4 ] ,   a n d   e a c h   t y p e   h a s   a d v a n t a g e s   o v e r   o t h e r s .   T h e   R F   p o w e r   d e n s i t y   i n   s p a c i s   0 . 2 n W / c m 2 - 1 µW/ c m 2   [ 5 ] .   T h i s   p o w e r   is   v e r y   l o w   i f   it   i s   co m p a r e d   t o   o t h e r   s o u r c e s .   H o w e v e r ,   t h is   d o es   n o p r e v e n t   r e s e a r c h e r s   f r o m   u s i n g   t h e   R F   b e ca u s e   o f   it s   c o n ti n u o u s   a v a i l a b il i t y   as   m e n t i o n e d   b e f o r e   [ 6 ] .   T h e   R p o w e r   i s   c at e g o r i z e d   as   i n d o o r   ( e . g . ,   W i f i )   a n d   o u t d o o r   ( e . g . ,   b r o a d c a s t i n g ,   g l o b a l   s y s te m   f o r   m o b i l c o m m u n i c a t i o n   ( G SM )   a n d   d i g i t a l   te l e v is i o n   ( TV ) )   [ 7 ] .     lo o f   r esear c h   h as   b ee n   d o n in   th is   f ield   o f   p o wer   tr an s m is s io n   an d   e n er g y   h ar v esti n g ,   b u it  is   r ar to   s ee   r ec tifie r   d esig n   wo r k in g   s im u ltan eo u s ly   at   m o r th an   o n f r e q u en c y   b an d   with   s m all     f o o tp r i n [ 8 ] .   B o th   th ese  d if f i cu lties   will  b ad d r ess ed   in   th is   p ap er   to   co m u p   with   v e r y   co m p ac d esig n ,   ca p ab le  to   h ar v est  th e   R p o wer   at  1 . 8   an d   2 . 4   GHz   ( i.e . ,   d u al - b an d   s tr u ctu r e ) .   As  a   co n s eq u e n ce ,   th e   p r o p o s ed   d esig n   will  b p o t en tially   g o o d   ca n d i d ate  to   w o r k   with in   an   ar r ay   o f   r ec te n n as  to   h ar v est  m o r e   p o wer   f r o m   th atm o s p h er as   m u ch   as we   ca n .     Var io u s   r esear ch   o n   s in g le - b a n d   m atch i n g   n etwo r k s   is   r e p o r ted .   I n   [ 9 ] ,   f u ll - wav e   b r id g r ec tifie r   is   ad o p ted   in   th eir   d esig n .   I is   m atch ed   o n ly   at  o n s in g le  f r e q u en cy   b an d   wh ich   is   2 . 4 5   G Hz  an d   th p o wer   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       C o mp a ct  d u a l - b a n d   R F   r ec tifi er fo r   w i r eles s   en erg h a r ve s tin g   u s in g   C R LH…  ( Ma r w a   Ja s im  A lh ily )   339   ab o u 1 5   d B m .   T h co n v er s io n   ef f icien cy   o b tain e d   f r o m   th r ec tifie r   was  ab o u 6 1 at  t h s am f r eq u en cy .     T h d esig n   is   s u itab le  f o r   p o wer   m o r th an   1 0   d B m   o win g   to   f o u r   d io d es.  Fo r   p o wer le s s   th an   0   d B m ,   it  is   p r ef er r e d   to   u s s in g le  d io d e   to   r ed u ce   tu r n - o n   p o wer   co n s u m p tio n .   Fu r t h er m o r e,   th cir cu it  is   b u lk y   in   s ize  an d   co s tly .   C h an d r av a n s h an d   Ak h tar   [1 0 ]   also   wo r k in g   t o   r ea lize  h ig h   o u tp u d ir ec cu r r en t   ( DC )   vo ltag e.   T h u s ,   th ey   h av u s ed   two - s tag Dick s o n   ch ar g p u m p   co n f ig u r atio n .   As  in   [ 9 ] ,   it  h as  h ig h   lo s s es  d u to   lar g n u m b er   o f   u s ed   co m p o n en ts .   An o th er   wo r k   d esig n ed   at  2 . 4 5   GHz   a n d   in p u p o wer   1 0 d B m   is   r ep o r ted   in   [ 11 ] .   T h ac h iev e d   ef f ici en cy   was  alm o s 7 0 %.  All  wo r k s ,   in   [ 9 ] - [1 1 ] ,   h a v a ttain ed   co n v er s io n   ef f icien cies  o f   m o r th an   6 0 at  h ig h   lev els  o f   in p u p o wer s .   Ho wev er ,   h ig h   p o wer   is   n o av ailab le  f o r   am b ien R en er g y   b ec au s it  h as  lo p o wer   lev els  an d   s p r ea d s   o v er   wid r an g o f   f r eq u en cies.  T o   co m p en s ate  f o r   t h is   d ef icit,  p ick in g   u p   e n er g ies  f r o m   m u lti p le  b an d s   in   o n e   d esig n   was  an o th er   d ir ec tio n   o f   r esear ch   an d   h ad   attr ac ted   atten tio n .   T h is   aid s   to   c o llect  m o r p o wer   f r o m   s p ac e.   d u al - b an d   m atch in g   n etwo r k   is   u s ed   in   [ 1 2 ] ,   wh er th e   am o u n o f   s ca v en g ed   p o wer   is   r aised .     T h p r o p o s ed   d esig n   ca n   wo r k   at  an y   ar b itra r y   two   f r eq u e n cy   b an d s ,   wh er th e   T - ty p m icr o s tr ip   m atch in g   n etwo r k   is   ad o p ted .   T h e   co n v er s io n   ef f icien c y   o b tain ed   wa s   5 0 an d   2 0 . 1 at  f r e q u en ci es  o f   2 . 4 5   GHz   a n d   5 . 8 5   GHz ,   r esp ec t iv ely ,   at  l o in p u t   p o wer   o f   - 10   d B m   an d   f o o tp r in s ize  o f   ( 3 2 . 8 × 2 4 )   mm 2 .   T h o n e   p r o b lem   w h ich   was  r aised   h er is   r elativ ely   b ig   s ize  d esig n .   I n   [ 1 3 ] ,   r ec tifie r   h as  two   b r an ch es  an d   ea c h   b r an ch   co n s is ts   o f   an   o p en   r ed ial  s tu b   f o r   m atch in g   p u r p o s es   with   s ize  o f   ( 6 0 ×8 0 ×1 . 6 )   mm 3   wh ich   is   v er y   lar g s ize  as  well.   So n g   et  a l.   [1 4 ] ,   h av d esig n e d   r ec tifie r ,   ca p ab le  o f   h a r v esti n g   s ix   b a n d s   s im u ltan eo u s ly .   I h as  th r ee   b r a n ch es  a n d   ea c h   b r a n ch   is   m atch ed   to   o p er a te  at  two   d i f f er en t   f r e q u en cie s .   T h d esig n   was   b u lk y   an d   co m p licated .   I n   [ 1 5 ]   th lo west  co n v er s io n   ef f ici en cy   attain ed   in   th is   s tr u ctu r was  5 0 an d   4 0 at  f r eq u en cies  1 . 9   a n d   2 . 4 5   G Hz  r esp ec tiv ely   at   an   in p u R p o wer   o f   0   d B .   Alth o u g h   th lu m p e d   elem e n ts   wer em p lo y ed   in   th m atc h in g   cir cu it  d esig n ,   th p r o p o s ed   d esig n   in   [ 1 5 ]   h as  lar g f o o tp r i n o f     1 9 ×2 1   mm 2 .   W ca n   d ed u ce   h er th at,   m o s wo r k s   m en t io n ed   ab o v e,   h av b ig   f o o t p r in ts   an d   th h ig h - f r eq u e n cy   b an d   h as  lo we r   co n v er s io n   ef f icien cy   co m p ar ed   with   l o wer   b a n d   b ec au s o f   th e   p r i o r ity   o f   m atch in g   t o   lo f r eq u en cies.  T h is   p ap er   will  ad d r ess   th ese  two   p r o b lem s   ( i.e . ,   s ize  an d   m is m atch   at  h ig h er   f r eq u e n cy ) .   I n   th is   p a p er ,   th e   p r o p o s ed   r ec tifie r   h as  a   co m p ac s ize  o f   ( 5 × 5 . 5 )   mm 2   r ely in g   o n   th e   co m p o s ite  r ig h lef t - h an d e d   ( C R L H )   tec h n iq u e   to   d esig n   d u al - b a n d   m atc h in g   n etwo r k   to   o b t ain   c o m p ac t   s ize  s tr u ctu r co m p a r ed   to   [ 1 2] - [1 5 ] ,   with   R F - to - DC   co n v er s io n   ef f icien cies o f   m o r th an   5 0 % f o r   th two   b an d s .     T h p ap e r   is   o r g a n ized   as  s ec tio n   2 .   d is cu s s es  th th eo r etica p ar t,  d esig n   m eth o d o lo g y ,   an d   p r o ce d u r e.   T h b est  to p o lo g y   o f   r ec tifie r   an d   d io d s elec tio n   is   in v esti g ated   t o   f it  o u r   d e s ig n   r eq u ir e m en ts .   T h en ,   th e o r etica ca lcu latio n s   o f   lu m p e d   elem en ts   to   ac h iev d u al - b a n d   C R L m a tch in g   cir cu it  a r e   in tr o d u ce d .   T h e   p r o p o s ed   m a tc h in g   n etwo r k   ca n   b a d ju s ted   to   wo r k   at  an y   two   ar b itr ar y   f r e q u en cies.  I n   s ec tio n   3 .   r esu lts   an d   d is cu s s i o n   is   p r esen ted .   Fin ally ,   s ec tio n   4   co n clu d es th c u r r en r esear ch   in   th is   p a p er .       2.   G E NE R AL   F O RM   O F   T H E   CO NVEN T I O NA L   E N E RG H ARVES T I NG   SYS T E M   AND  T H E   P RO P O SE DE SI G N   T h r ec tifie r   is   an   im p o r tan p ar o f   th en er g y   h a r v esti n g   s y s tem s   d u to   its   ab ili ty   to   co n v er R F   in p u s ig n als  in to   DC   s ig n als,  an d   th e n   s av th em   i n   th p o wer   s to r ag ( i.e . ,   ca p ac it o r s ) .   I f   th r ec tifie r   p er f o r m s   well,   m o r p o wer   ca n   b e   ad d e d   to   th p o wer   s to r a g at  th e   s am lev el   as  th in p u p o wer   [ 1 6 ] .   As  co n s eq u en ce ,   a   g o o d   r ec tifie r   d esig n   r eq u ir es  ca r ef u att en tio n   with   lo p o wer   c o n s u m p tio n   a n d   h ig h   s en s itiv ity   to   in p u p o wer .   b lo ck   d iag r am   o f   th co n v en ti o n al  r ec ten n ( r ec tif ier   an d   an ten n a)   is   s h o wn   in   Fig u r 1 ( a) .   T h r ec eiv in g   a n ten n ca p tu r es  R en er g y   f r o m   th e   am b ien t   en v ir o n m e n t   an d   co n v er ts   it  to   alter n atin g   cu r r e n ( AC )   elec tr ical  s ig n al.   T y p ically ,   an ten n as  h av 50 - ohm   in p u i m p ed an ce s .   T h u s ,   m atch in g   cir c u its   b ec o m es  n e ce s s ar y ,   in s er ted   b etwe en   th e   an ten n with   50 - ohm   in p u i m p ed an ce s   an d   th e   r ec tifie r   b ec a u s m o s r ec tifi er s   h av e   co m p lex   im p ed an ce s ,   v ar y in g   with   p o wer   an d   f r eq u en cy .   Ma tch in g   cir cu its   en s u r th m ax im u m   tr an s f er   o f   p o wer .   Mo r eo v e r ,   th m atch in g   cir cu its   ac to   r ejec an y   h i g h   h ar m o n ic,   p r o p ag ate d   b ac k   f r o m   th co n v er s io n   p r o ce d u r t h at  o cc u r r ed   in   d i o d es  in to   th e   an ten n a.   T h e   th ir d   p ar wh ich   is   th r ec tifie r   to p o lo g y   ( i.e . ,   eith er   s in g le  d io d o r   c o m b in atio n   o f   d io d e s )   is   th co r o f   th e   r ec tifie r   th at  co n v er ts   AC   to   DC   p o wer .   co m p lex   im p ed an ce   o f   th r ec tifie r   d u t o   th n o n - lin ea r ity   b eh av io r   o f   th d io d m ak es   it  s en s itiv to   ch an g in   f r eq u en cy ,   in p u p o wer ,   an d   lo a d .   DC ,   R F,  an d   all   h ig h er   h a r m o n ics  ar in jecte d   in to   th e   lo p ass   f ilter   ( L PF ) ,   wh ich   in   tu r n ,   atten u ates  all  co m p o n en ts   ex ce p t   th DC   o n e.   T h lo ad   p lace d   a th en d - s tag r ep r esen ts   an   e q u iv alen t   im p ed an ce   f o r   an y   r ea ap p licatio n   th at   will  b s u p p lied   b y   p o wer   f r o m   th r ec tifie r .   All  th ese  p ar ts   o p er ate   as  o n s y s tem ,   b u th ey   s h o u ld   b e   o p tim ized   to   r ea c h   th o p tim al  d esig n   [ 1 7 ] .   I n   th is   wo r k ,   we  h av m ad n o ticea b le  m o d if icatio n   o n   th e   m atch in g   p ar in   th c o n v e n tio n al  r ec tifie r ,   s ee   Fig u r 1 ( b ) .   A   d u al - b an d   m atch in g   n etwo r k   is   u tili ze d .   Ma k in g   cir c u it  o p e r atin g   at  an y   two   ar b itra r y   f r eq u en cies  is   n o s im p le  task .   T h r ea s o n   b e h in d   th at ,   th e   r ec tifie r   h as  two   d if f er e n co m p lex   in p u im p e d an ce s ,   s o   th at  r ec tifie r   in p u im p ed an ce   is   f u n cti o n   wit h   f r eq u e n cy .   Mo r eo v e r ,   p o wer s   an d   lo ad s   ca n   in f lu e n ce   th r e ctif ier   in p u t im p e d an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  24 ,   No .   1 Octo b er   2 0 2 1 33 -   34 6   340       ( a)   ( b )     Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   o f   r e cten n a :   ( a)   c o n v e n tio n al  r ec te n n with   s in g le - b a n d   m atc h in g   n etwo r k   an d   ( b )   p r o p o s ed   r ec ten n a   with   d u al - b an d   m atc h in g   n etwo r k       2 . 1 .       Rec t if ier  t o po lo g y   T h er ar b u n c h   o f   r ec tifie r   ty p o lo g ies  an d   ea ch   to p o lo g y   h as  its   b en ef its   o v er   o th er s   r ely in g   o n   ap p licatio n   an d   th p o wer   d e n s ity   av ailab le  in   s p ac e.   T h m o s t c o m m o n   ty p o lo g ies ar th s in g le  s er ies   d io d f o r   lo p o wer   a p p licatio n s   [ 18 ]   an d   th v o ltag d o u b ler   f o r   m o d er ate  a n d   h ig h   p o wer   a p p licatio n s   [ 19 ] .   Her   s in g le  s er ies  d io d is   u tili ze   o win g   to   o p e r ate  at  lo p o w er   r an g o f   ( - 5   d B m ) .   lar g e - s ig n al  s - p ar am eter   ( L SS P)  an d   h ar m o n ic  b alan ce d   ( HB )   to o ls   in   ADS  s o f twar e   ar u s ed   t o   an al y ze   an d   co m p ar th e   r ec tifie r s   ef f icien cy .   Dio d es e m p l o y ed   i n   th an aly s is   ar HSMS2 8 5 0   s ch o ttk y   d io d es.  T h is   d io d ty p h as lo f o r war d   b ias  v o ltag 0 . 1 5   v   ch ar ac te r is tics   an d   f ast  s witch in g .   v en d o r   m o d el  f r o m   th ADS  lib r ar y   is   u s ed   with   a   lo p ass   f ilter   o f   th s er ies  in d u cto r   L =1 4   n an d   s h u n ca p ac ito r   C =4 7   p u s ed   to   elim i n ate  th h ig h   o r d er   h ar m o n ics an d   to   s m o o th   th o u tp u v o ltag es.     2 . 2 .       CRLH  du a l - ba nd   m a t c hin g   net wo rk   I m p ed an ce   m atc h in g   n etwo r k   is   k ey   p ar t o f   m o s t m icr o wav an d   R F c ir cu its   b ec au s it   e n s u r es th m ax im u m   p o wer   tr an s f er   am o n g   p ar ts   o f   th e   o n e   cir cu it.   Fu r th er m o r e ,   it  r ejec ts   th h a r m o n ics  p r o p ag atin g   b ac k war d   f r o m   o n p a r to   an o th er   b ec a u s it  ac ts   as  b an d p ass   f ilter   B P F,  b u with   u n eq u al  p o r im p e d an ce ,   u n lik th c o n v e n tio n al  f il ter s .   W h en   th m icr o wav cir c u it  o p er ates  at  f i x ed   f r eq u e n cy ,   in p u p o wer ,   a n d   f ix ed   lo ad ,   th is   lead s   to   th ci r cu it,  o p e r atin g   u n d er   f ix ed   ci r cu m s tan ce s .   Ho wev er ,   as  we   m en tio n ed   ea r lier ,   in   r ec tifie r s ,   im p ed an ce   is   v a r iab le.   Un less   th m atch in g   cir c u it   is   d esig n ed   ca r ef u lly ,   th o v er all  p er f o r m a n ce   will  d eter io r ate  with   a ny   s lig h ch an g in   th d io d im p e d an ce .   T y p ically ,   t h m atch in g   ci r cu its   ar d esig n ed   to   o p er ate  at  o n ly   o n f r eq u e n cy   an d   th is   is   n o r m al  in   th R F c ir cu its   b ec au s th ey   wo r k   at  th at  f r eq u en cy .   On   th co n tr a r y ,   it   is   d esira b le  to   h ar v est  th am b ien t p o wer   f r o m   wid r an g e   o f   f r eq u en cies   to   co llect  p o wer   as   m u ch   as  we  ca n .   As  th n u m b er   o f   f r eq u en cy   b an d s   is   in cr ea s ed ,   th cir cu it  c o m p lex ity   in cr ea s es.  B o th   cir cu it p ar ts   an d   s izes a r m att er .   I f   lu m p e d   elem en ts   ar u s ed ,   s izes w ill   b s m aller   th an   ci r cu its   co n s is tin g   o f   tr an s m is s io n   cir cu its ,   b u ex tr lo s s es  in tr o d u ce d   b y   l u m p ed   elem en ts   will  b ad d e d .   M o s tly ,   th c o m p r o m is e   h as  b ee n   m ad t o   ac h iev i n   b etwe en   g o als.  Her ein ,   th g o al  is   to   b u ild   v er y   s m all  f o o tp r in cir cu its   with   lu m p ed   elem en ts   to   u s i n   o u r   f u t u r e   wo r k s   with   d e n s e - r ec t en n a r r ay s .   Als o ,   th e   cir cu it  will  b d esig n e d   at   two   ar b itra r y   f r e q u en cies  u s i n g   th e   C R L tech n iq u e.   T h e   C R L m atch in g   n etwo r k   co n ce p was  in s p ir ed   fro m   th m etam ater ial  ( MT M )   tech n iq u th at  b ec am v e r y   im p o r tan o win g   to   its   u s f u ll  ca r ec tr is tic  an d   p r o p er ties .   T o   im p lies   m ed ia  with   MT ch ar ec tire s tic ,   C R L u n it  ce ll  o f   lu m p ed   ele m en was  d esig n ed   f r o m   L H   f o r   lo w   f r eq u en cy   a n d ,   an d   r elativ h u m i d ity   ( RH )   f o r   h i g h   f r eq u e n cy   b an d .   W h en   lo w   f r eq u e n cy   p ass es  th R H   ca p a cito r   an d   in d u ct o r   b ec am o p en   an d   s h o r t,  r esp ec tiv ely .   W h en   h ig h   f r eq u e n cy   p ass   L ca p ac ito r   an d   in d u c to r   b ec a m s h o r an d   o p en ,   r esp ec tiv ely .   T h m ath e m atica an aly s is   o f   th e   ad o p ted   C R L tech n iq u e   to   d esig n   th p r o p o s ed   d u al - b an d   m atch in g   cir cu it  is   in tr o d u c ed   in   th f o llo win g   d is cu s s io n .   T o   ca lcu late  th co m p lex   in p u im p ed an ce   o f   a n y   two - p o r n etwo r k ,   th tr an s m is s io n   AB C p ar am eter s   ar u s ed   as   ( 1 ) .      =  + +   ( 1 )     W h e r e   Z L   is   t h e   l o a d   i m p e d a n ce   w h e r e   i t   c o n s is ts   o f   r e a l   a n d   i m a g i n a r y   p a r t s   a s   i n   = + .   V a l u e s   o f   A ,   B ,   C ,   a n d   D   r e l y   o n   t h e   t y p e   o f   c i r c u i t   u ti l i ze d   i n   t h e   m a t c h i n g   n e t w o r k   a n d   v a l u es   o f   l u m p e d   e l e m e n ts .   T h is   e q u a t i o n   i s   e m p l o y e d   t o   d e s i g n   a   d u a l - b a n d   m a t c h i n g   n e t w o r k .   B e s i d es ,   i t   i s   u s e d   t o   c a l c u l a t e   t h e   s c at t e r i n g     S - p a r a m e t e r s .   V a r i o u s   t y p es   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 2 0 ]   r e g a r d i n g   d u a l - b a n d   m a t c h i n g   n e t w o r k s   u s i n g   l u m p e d   e l e m e n ts ,   b u t   o n l y   o n e   t y p e   i s   a d o p t e d   h e r e   t o   a c h i e v e   t h e   r ese a r c h   t a s k .   T h is   c i r c u i t   i s   t h e   s er i e s - s h u n t   t y p e .     I n   th is   p ap e r ,   th p r o p o s ed   ci r cu it  o p er ates  at  1 . 8   a n d   2 . 4   GHz .   T h ese  two   f r eq u en cies  ar ch o s en   s in ce   th ey   a r alwa y s   a v ailab le  in   th e   s p ac in d o o r   a n d   o u td o o r .   T o   d em o n s tr ate  h o d u al - b an d   m atch i n g   o cc u r s ,   let  u s   f o llo th is   p r o ce d u r e.   First,  th cir cu it  is   d esig n ed   at  th lo wer   f r eq u e n cy ,   wh er th s h u n in d u ctan ce   L L   a n d   s er ies  ca p ac itan ce   C R   lu m p ed   elem e n ts   ar r esp o n s ib le  f o r   d o in g .   T h en ,   th s er ies   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       C o mp a ct  d u a l - b a n d   R F   r ec tifi er fo r   w i r eles s   en erg h a r ve s tin g   u s in g   C R LH…  ( Ma r w a   Ja s im  A lh ily )   341   in d u ctan ce   L R   an d   s h u n ca p ac itan ce   C R   ar e   o p tim ized   to   m atch   th cir cu it  at  th h ig h er   f r eq u e n cy   o f   2 . 4   GHz .   T h s u b s cr ip t     s tan d s   f o r   th lef o r   l o wer   f r e q u en c y   b a n d ,   wh ile  th s u b s cr ip   s tan d s   f o r   th e   r ig h t o r   h ig h - f r eq u e n cy   b a n d .   Du e   to   r u le.   o f   t h u m b ,   th at  wh en   s elec tin g   m atch in g   c o m p o n e n t,  th co m p o n e n s h o u ld   h a v m o r e   im p ac in   th tar g et  b a n d   an d   less   ef f ec in   th o th e r   b an d .   Fo r   ex am p le,   th s er ies   in d u ctan ce   L R   is   o n e   o f   th e   co m p o n e n ts   u s ed   to   m atch   th e   cir cu it  at  th s ec o n d   f r eq u en cy ,   an d   it  s h o u ld   h av e   ze r o   o r   cl o s to   ze r o   im p e d an ce   at  th e   f ir s f r e q u en c y .   I n   o th er   wo r d s ,   t h is   lu m p ed   ele m en d o es  n o h av an y   im p ac t   o n   m atch in g   th e   o th er   f r eq u en cy   [ 2 1 ].   T h AB C m atr ix   o f   s er ies - s h u n co n n ec tio n   ca n   b e   o b tain ed   as [ 2 2 ].     [ 1 1 ]   ( 2 )     W h er =   an d   = .   T o   c o m p o te,   th in p u i m p ed a n ce   o f   s er ies - s h u n c o n n ec tio n ( 1 )   a n d   ( 2 )   c an   u s as   ( 3 ) .      = + { 2 2 + ( 1 2 + 2 2 + 2 2 ) } ( 1 ) 2 + ( ) 2   ( 3 )     I n   ( 3 )   co n s is ts   o f   b o th   r ea l   an d   im ag i n ar y   p ar ts .   Hen ce ,   th r ea p ar t,   wh ich   is   R in ,   is   r ea r r an g ed   to   o b tain   X n   as f o llo win g     = ( R in X L ± R in R L ( R L 2 + X L 2 R in R L   ) R in ( R L 2 + X L 2 )   ( 4 )     X n   s h o u ld   alwa y s   b r ea l,   an d   to   s atis f y   th is   s itu atio n   th e   ex p r ess io n    + 2 > 0 .   Af ter   o b tain i n g   th X n   ter m ,   t h X m   ter m   ca n   b ca lcu lated   b y   r ea r r an g in g   t h im ag in a r y   p ar o f   th e   in p u t   im p ed an ce   w h ich   is   g iv en   as ( 5 ) .   I n   ( 5 ) ,   o n l y   th te r m   X m   is   u n k n o wn .       X m =   ( R L 2 + X L 2 ) X n X L + X in R in R L ( R L 2 + X L 2 ) X n 2 2 X L X n + 1     ( 5 )     T h e   o n e   d e f i c i t o f   t h is   a p p r o a ch   i s   t h a t   t h r a d i c a n d s   o f   X n   a n d   X m   m u s t   b e   al w a y s   a   p o s i ti v e   v a l u e .   T o   o v e r c o m e   t h i s   p r o b l e m ,   a   c o m b i n a t i o n   b e t w ee n   s e r i e s - s h u n t   a n d   s h u n t - s e r i e s   c i r c u it   t y p e s   is   u s e d   a s   i n   [ 2 0 ] .     T h ad o p te d   m o d if icatio n   aid s   to   in cr ea s th d eg r ee   o f   d es ig n   f r ee d o m   an d   e n s u r es  th at  th r ad ican d s   o f   X n   an d   X m   ca n   b eith er   p o s itiv o r   n eg ativ v al u es.  On o f   th e s co m b in atio n s   is   th C R L H ,   is   wid ely   u s ed   in   th last   two   d ec ad es  to   s y n th esize  d u al - b an d   tr a n s m is s io n   lin es.  T h s y n th esized   tr an s m is s io n   lin es  ca n   b im p lem en ted   u s in g   o n ly   lu m p ed   elem en ts .   T h n ew  tr a n s m is s io n   lin es  o f f er   c o m p ac f o o tp r in ts .   Ho wev e r ,   ex tr lo s s es  ad d ed   b y   l u m p ed   elem en ts   r ep r esen th m ain   s o u r ce   o f   lo s s es,  s o   m ak in g   C R L tr an s m i s s io n   lin e,   b ein g   a   co m b i n atio n   o f   lu m p ed   elem e n ts   an d   co n v en t io n al  tr an s m is s io n   lin es,  is   p r ef er r ed   o v er   o th er   co m b in atio n s .   Her in   th is   r esear ch ,   C R L H   tr an s m is s io n   lin with   o n ly   lu m p ed   elem e n ts   will  b u s ed   a s   m en tio n ed   ea r lier   b ec a u s th p r o p o s ed   en e r g y   h ar v ester   will  b u s ed   in   r ec ten n ar r ay   in   o u r   f u tu r wo r k s ee k in g   o n es  with   v er y   s m all  f o o tp r in ts .   Fig u r 2 ,   s h o ws  d u al - b a n d   C R L tr an s m is s i o n   lin e,   ac tin g   as  a   d u al - b an d   m atch in g   n etwo r k ,   co n n ec ted   to   lo a d   im p ed an c Z L   v ar y in g   with   th f r eq u en cy .   As  k n o wn ,   th e   C R L h as   d u al - b an d   p ass   ch a r ac ter is tics ,   wh er th r eso n an ce   co m in g   f r o m   th s er ies  r eso n an tan k   is   ca lled   s er ies  r eso n an ce   W ES,   an d   th e   r eso n an ce   co m in g   f r o m   t h s h u n r eso n an t   tan k   is   ca lled   th s h u n r eso n a n ce   W SH .   T h s er ies an d   s h u n t r es o n an t ta n k s   h av im p e d an ce   Z   an d   ad m ittan ce   Y,   r esp ec tiv el y ,   g iv e as   ( 6 ) .     = = ( 1 ) = = ( 1 )   ( 6 )     W h er e     is   th d esig n   an g u lar   f r eq u e n cy .   X m   an d   X n   ca n   ca lcu late  f r o m   ( 4 )   an d   ( 5 )   o f   s er ies  s h u n t   co n n ec tio n .   T h en   th co m p o n en t v alu o f   , , ,   ca n   o b tain   as :     C L = K 2 1 w   k   ( X m2 k X m1 )     ( 7 )         L R = 1 w ( X m1 + 1 w C L   )   ( 8 )     L L = k 2 1 w   k   ( X n2 k X n1     ( 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  24 ,   No .   1 Octo b er   2 0 2 1 33 -   34 6   342   C R = 1 w ( X n1 + 1 w   L L )   ( 10 )     W h er e   is   f r eq u en cy   r atio ,   = 2 1 = 2   an d   > 1 . 1   an d   2   ar f ir s an d   s ec o n d   f r e q u en c y   r esp ec tiv ely .           Fig u r 2 .   C R L co n n ec tio n   o f   d u al  b a n d   im p e d an ce   tr a n s f o r m in g   to p o lo g y       Hav in g   d is cu s s ed   an d   an al y ze d   all  th im p o r ta n in f o r m atio n   r e g ar d in g   th e   r ec tifi er   an d   th p r o p o s ed   d u al - b an d   im p e d an ce   tr an s f o r m e r ,   in   th is   wo r k ,   we  will  d esig n   th p r o p o s e d   d u al - b an d   en er g y   r ec tifie r ,   o p er atin g   at  f r e q u en cies  1 . 8   an d   2 . 4   GHz ,   b u an y   two   ar b it r ar y   f r eq u en cies  ca n   b co n s id er ed .   T o   ev alu ate  its   p er f o r m an ce ,   th r ef lectio n   co ef f icien t,  o u tp u v o ltag e,   an d   ef f icien cy   ar o p tim ized   to   o b tain   th e   b est  r esu lts   as  m u ch   as  p o s s ib le.   T h i n p u p o wer ,   lo ad ,   a n d   f r e q u en c y   ar e   th m o s th r ee   p ar am eter s   t h a ef f ec tiv ely   im p ac r ec tifie r   p er f o r m an ce .   T h u s ,   tr ad in g - o f f   a m o n g   th em   is   im p er ativ e.   I n   a ll  s im u latio n s ,   r ea l - wo r ld   lu m p ed   c o m p o n en ts   f r o m   Mu r ata  ar u tili ze d   t o   m a k th r esu lts   clo s er   to   th p r ac tical  o n es  b ec au s e   ea ch   elem en i n   Mu r ata   h as  it s   ass o ci ated   p ar asit ic  ef f ec ts .   T h cir cu it  s ch em atic   is   d ep ic ted   in   Fig u r 3 .   R L   an d   C 1   r ep r esen th lo ad   an d   th lo p ass   f ilter ,   r esp ec tiv ely .   T h lar g e r   th R L   is ,   th lar g er   th o u tp u v o ltag e,   b u is   th s m aller   th ef f icien cy .   C 1   ca n   b co n s id er ed   th m ain   s to r ag o f   th DC   p o wer ,   an d   it  ca n   also   wo r k   to   s h o r ten   o u t h e   AC   s ig n als.  T h latter   f u n ctio n   ca n   b e   ca r r ied   o u with   h elp   o f   th s er ies   in d u cto r   L 1 .   T h is   in d u ct o r   ten d s   to   h a v a   b ig g e r   im p e d an c as  th f r eq u e n cy   i n cr ea s es,  s o   f u n d am en tal  a n d   h ig h er   h ar m o n ics  ar atten u at ed   to   s o m ac ce p ta b le  ex ten t.   I n   th s ch em atic,   D 1   is   th d io d wh ich   is   th e   m ain   co m p o n e n t,  r esp o n s ib le  f o r   t h r ec tific atio n   p r o ce s s ,   w h ile  all  o th e r   r em ain in g   elem e n ts   L L ,   C L ,   L R ,   an d   C R   f o r m   th e   d u al - b an d   m atch i n g   cir cu it.   Fu r th e r m o r e,   th tr ac es  co n n ec tin g   am o n g   all  t h e   cir cu it  co m p o n e n ts   ar elec tr o m ag n etica lly   s im u l ated   an d   t h en   a r ex p o r ted   in to   th m ain   s ch em atic  to   tak e   in to   ac co u n th eir   lo s s es.  T h is   p r o ce d u r is   ca lled   co - s im u latio n   an d   is   ac h iev ed   b y   th ADS  s o f twar e.   T h e   f in al  r ea cir cu it   with   th tr u f o o t p r in t la y o u t f o r   ea ch   lu m p ed   elem en t is sh o wn   in   Fig u r 4 .   T h R o g er   D u r o id   3 0 1 0   lam in ate   is   u s ed   with   r elativ p er m itti v ity   o f   1 0 . 2   an d   a   th ick n ess   o f   0 . 5   m m .             Fig u r 3 .   Sch em atic  o f   r ec tifie r   with   C R L d u al  b an d   m atc h in g   n etwo r k   tr an s f o r m in .   R L = 1 . 5   k o h m ,     C 1 =4 7   p F,  L 1 = 1 4   n H,   L L =4 . 6   n H,   C R =0 . 2   p F,  C L =0 . 4   n H,   L R =6 . 9   nH           Fig u r 4 .   Fin al  to p o lo g y   o f   th e   p r o p o s ed   d u al - b an d   r ec tifie r   wh er th f in al  s ize  o n   th PC B   is   5 ×5 . 5   mm 2   tak en   f r o m   th ADS  s o f twar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       C o mp a ct  d u a l - b a n d   R F   r ec tifi er fo r   w i r eles s   en erg h a r ve s tin g   u s in g   C R LH…  ( Ma r w a   Ja s im  A lh ily )   343   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O ( RE CT I F I E P E RF O R M ANC E )   T h s im u lated   r ef lectio n   c o ef f icien S1 1   o f   th e   r ec tifie r   cir cu it  with   d if f er en in p u p o we r   lev els  is   d ep icted   in   Fig u r 5 ( a)   with   f ix ed   lo a d   r esis tan ce   o f   1 . 5   k o h m .   As  ca n   b s ee n ,   th p r o p o s ed   r ec tifie r   is   m atch ed   v er y   well  at  f r eq u en cies   o f   1 . 8   an d   2 . 4   GHz   ev e n   with   v ar y in g   i n p u t   p o wer .   Fo r   b o th   b an d s ,   th e   m atch in g   f r e q u en c y   ten d s   to   s lig h tly   s h if to   lo wer   f r e q u e n cy .   T h is   m ea n s   th at  th m atc h in g   o p er ates  well  with   th n ew  r eso n an f r eq u e n cies.  Ho wev er ,   th m atch i n g   o f   all  b an d s   is   s till   s atis f ac t o r y .   Mo r eo v e r ,   th e   f r eq u e n cy   r a n g b etwe en   th two   b an d s   h as  S1 1   a b o u - 6   d B   wh en   th in p u p o wer   is   eq u al  to   - 5   d B m ,   an d   th is   co u ld   r esu lt  in   wid e - b an d   r ec tifie r   wh ich   is   v er y   u s ef u to   h ar v est  m o r p o wer   f r o m   s p ac e.   T h r ec tifie r   h as  g o o d   m atch i n g   at  - 5   d B m   wh er th is   v alu is   clo s to   t h p o wer   av ailab le  f r o m   ty p i ca s o u r ce s   s u ch   as  W iFi ,   ce l lu lar   an d   d ig it al  T b r o ad ca s tin g .   I n   Fig u r 5 ( b ) ,   t h in p u p o we r   is   f ix ed   at  - 5   d B m ,   an d   th lo ad   r esis tan ce   v ar ies f r o m   1   k o h m   to   4 . 5   k o h m .   L o ad   r esis tan ce   o f   1 . 5   k o h m   p r o v id e s   th b est  r esu lts   o f   m atch in g   at  f r eq u e n cies  o f   1 . 8   an d   2 . 4   GHz   b ec au s th cir cu it  is   o p t im ized   at  th is   v alu e.   As  th in p u p o wer   in cr ea s es  th m atch in g   is   im p r o v ed ,   b u t   th r esp o n s b eg in s   to   d eter io r ate  af ter   - 5   d B m .   T h is   o cc u r s   b ec au s th d io d u tili ze d   in   th p r o p o s ed   d esig n   is   d ed icate d   to   o p er atin g   at  l o p o wer   lev els.         ( a)     ( b )     Fig u r 5 .   R ef lectio n   c o ef f icien t S1 1   o f   th e   r ec tifie r   with   ( a )   d if f er en t in p u t p o we r   lev els an d   f ix ed   lo a d   r esis tan ce   v alu o f   1 . 5   k o h m   a n d   ( b )   d if f e r en t lo a d   r esis tan ce   v alu es a n d   f ix ed   in p u t p o wer   o f   - 5   d B m       T h e   c o n v e r s i o n   e f f i c i e n c y   a n d   t h e   o u t p u t   v o l t a g e   c a n   b e   c al c u l a t e d   u s i n g   t h e   f o r m u l a s   g i v e n   a s ,   [2 3 ].          =   × 1 00   ( 1 1 )     a nd   o u t p u t v o ltag e     =  ×   ( 1 2 )     Her e,   V 0   an d   P Dc   r ep r esen th DC   o u tp u v o ltag a n d   DC   o u tp u p o wer ,   r esp ec tiv ely .   Pin   d en o tes  th in p u t   p o wer   f r o m   th R s o u r ce .   T h ey   ar d ep icted   in   Fig u r es  6   an d   7 .   W h en   R L   is   eq u al  to   1 . 5   k o h m ,   it  g iv es  r is to   th h ig h est  ef f icien c y ,   ap p r o x im ately   ab o u 5 3 f o r   b o th   b an d s ,   th an k s   to   th b e n ef it  o f   th C R L d u al - b an d   m atch in g   n etwo r k .   As  th m atch in g   in cr ea s es,  m o r p o wer   will  b tr an s f er r ed   in to   th lo ad .   in   o th er   wo r d s ,   th e   ef f icien c y   in c r ea s es,  wh er th e   b est  m atc h in g   o cc u r s   at  a   lo ad   v al u o f   1 . 5   k o h m .   A p ar f r o m   o p tim u m   lo a d   v alu e,   esp ec ially   wh en   it in cr ea s es,  th ef f icie n cy   is   n o ticea b ly   d ec r ea s ed .   T h is   is   r ea s o n ab le  as  we  s tated   b ef o r e.   On   th c o n t r ar y ,   th DC   o u tp u v o ltag i n cr ea s es ,   as  th lo ad   r esis tan ce   in cr ea s es.  E v en   if   th o u tp u v o ltag in c r ea s es,  th o u tp u DC   p o wer   d ec r e ases ,   lead in g   to   t h d ec r em e n in ef f icien c y ,   s ee   Fig u r 6   f o r   m o r d etails.  Fig u r 7   s h o ws  th o u tp u DC   v o ltag v er s u s   f r eq u en cy   f o r   d if f er en in p u p o wer .   Als o ,   it in cr ea s es  wh en   in cr ea s in g   th in p u t p o wer ,   a n d   th o u tp u t v o ltag r ea ch es a b o u t 0 . 9 5   v   at  f r eq u en cies   o f   1 . 8   a n d   2 . 4   GHz .   T h is   v o ltag d ec r ea s es  to   alm o s h alf   wh en   th in p u p o wer   b ec o m es  - 5   d B m .   T h d ip   b etwe en   th two   b an d s   ten d s   to   d im in is h   wi th   d ec r ea s in g   in   th in p u p o wer   an d   t h two   b an d s   ar em er g ed   to   b as a   s in g le  wid eb a n d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  24 ,   No .   1 Octo b er   2 0 2 1 33 -   34 6   344     ( a)     ( b )     Fig u r 6 .   ( a )   C o n v e r s io n   ef f ici en cy   v s .   f r eq u e n cy   f o r   d if f er e n t lo ad s   an d   f ix ed   i n p u p o wer   o f   - 5   d B m   an d   ( b )   o u tp u t D C   v o ltag v s .   f r eq u en cy   f o r   d i f f er en t l o ad s   an d   f ix ed   in p u t p o wer   o f   - 5   d B m           Fig u r 7 .   Ou t p u t D C   v o ltag v s .   f r eq u en c y   f o r   d if f er en t in p u t p o wer   an d   f ix e d   lo ad   o f   1 . 5   kohm       T h S1 1   v er s u s   th e   in p u p o wer   is   d ep icted   in   Fig u r 8 ( a )   f o r   1 . 8   a n d   2 . 4   GHz   f r e q u e n cies.  T h p r o p o s ed   cir cu it  is   well  m atch ed   at  ab o u - 5 d B m   f o r   b o th   b a n d s   with   lar g b an d wid th s .   T h s im u lated   S1 1   is   less   th an   - 20   d B   wh ich   m ea n s   th at  9 9 o f   th in p u p o wer   i s   tr an s f er r ed   in to   th lo ad   if   w ig n o r th lo s s es   in   lu m p e d   elem e n ts   an d   tr an s m is s io n   lin es.  Pra ctica lly ,   s o m p o wer   will  b a b s o r b e d   an d   co n v er ted   in to   h ea t.   Fu r th er m o r e ,   th co n v e r s io n   ef f icien cy   at  b o th   b a n d s   v er s u s   th in p u p o wer   is   illu s tr ated   in   Fig u r 8 ( b ) .   As  ca n   b s ee n ,   t h ef f icien cies  a r alm o s eq u al  at  0   d B m .   Af t er   th at,   th d io d f ails   to   co n v er th p o wer   s in ce   th in p u v o ltag is   lar g er   th a n   th e   d io d e s   b r ea k d o wn   v o ltag e.   T h e   ef f icien cies  ar alm o s 5 3 %.  At  v er y   lo w   in p u p o wer .   T ab le  1   co m p ar es  o u r   p r esen wo r k   a n d   o t h e r s   f o u n d   i n   th liter atu r e.   Ou r   p r o p o s ed   d esig n   o f f er s   th s m allest  f o o tp r in a s   co m p ar ed   t o   o th e r s   ac co r d i n g   to   th e   b est  o f   th au th o r s   k n o wled g e.   I also   o f f er s   g o o d   e f f icien c y   if   co m p ar ed   to   o t h er s   o n   t h t ab l e .       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   th p r o p o s ed   r ec tifie r   with   r elate d   w o r k   F r e q u e n c y   ( G H Z)   I n p u t   P o w e r   ( d B m)   M a x i m u m   C o n v e r s i o n   Ef f i c i e n c y   R e c t i f i e r   S i z e   ( mm )   R e f e r e n c e   0 . 9 1 5 ,   2 . 4 5   0   3 7 %,   3 0 %   19 × 21   [ 1 7 ]   [ 2 0 1 3 ]   1 . 8 ,   2 . 4   - 5   4 5 %   45 × 8   [ 2 4 ]   [ 2 0 1 8 ]   0 . 9 2 5 ,   2 . 4 5   - 2 . 5   6 5 %   1 5 . 3 × 1 3 . 7   [ 2 5 ]   [ 2 0 2 0 ]   1 . 8 ,   2 . 4   - 5   5 2 %   5 . 5 × 5   Th i s   W o r k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       C o mp a ct  d u a l - b a n d   R F   r ec tifi er fo r   w i r eles s   en erg h a r ve s tin g   u s in g   C R LH…  ( Ma r w a   Ja s im  A lh ily )   345     ( a)     ( b )     Fig u r 8 .   ( a )   Simu latio n   o f   S1 1   an d   ( b )   Simu latio n   o f   c o n v e r s io n   ef f icien cy .   co n ce r n in g   in p u t p o wer   at  th two   f r eq u e n cy   b an d   1 . 8   a n d   2 . 4   GHz   an d   r esis tiv lo ad   o f   1 . 5   k o h m       4.   CO NCLU SI O N   I n   th is   wo r k ,   co m p ac d u al - b an d   r ec tifie r   f o r   lo in p u t p o wer   r an g f r o m   - 3 0   to   - 5   d B m   with   th e   s in g le  s er ies  d io d e   to p o l o g y   u s in g   HSMS2 8 5 0   Sch o ttk y   d io d is   im p lem e n ted ,   o p e r atin g   at  f r eq u e n cies  o f     1 . 8   an d   2 . 4 GHz .   T h co m p o s ite  r ig h t \ lef t - h an d ed   ( C R L H)   tr an s m is s io n   lin tech n iq u is   u s ed   to   d esig n   th d u al - b an d   m atc h in g   n etwo r k   u s in g   o n ly   lu m p ed   ele m en ts .   T h clo s ed - e q u atio n s   f o r m u las b ased   o n   d u al - b an d   m atch in g   n etwo r k   d esig n   ar e   d er iv ed   in   th is   p a p er ,   with   f u ll  ex p lan atio n ,   to   p r o v id v a lu es  o f   th l u m p ed   elem en ts .   T h ef f icien cies  o b tain ed   at  b o th   p r escr ib ed   f r e q u en cy   b an d s   ar alm o s th s am e,   b e in g   5 2 %.    Mo r eo v er ,   m o r th a n   0 . 5 v   ap p ea r s   at  th lo ad   wh en   th in p u p o wer   is    - 5 d B m .   T h r e f lectio n   co ef f icien is     - 2 2   an d   - 25   d B m   f o r   1 . 8   an d   2 . 4   GHz ,   r esp ec tiv ely .   T h o v er all  s ize  o f   th r ec tifie r   is   v er y   s m all  5 . 5 × 5   mm 2   wh en   co m p ar ed   to   o th er   r elate d   w o r k s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   R.   A.  M o ffa tt ,   Wi re les p o we tran sfe b y   m e a n o e lec tro m a g n e ti c   ra d iatio n   wit h in   a n   e n c l o se d   sp a c e , "   a rXiv  p re p rin t ,   2 0 1 6 .     [2 ]   N.  Ku m a ri  a n d   M .   Ro k o to n d ra b e ,   Th e rm a n e two rk   m o d e ll i n g   o f   h y b rid   p iez o - p y r o   tran s d u c e fo r   a p p li c a ti o n   i n   e n e rg y   h a r v e stin g , "   i n   2 0 1 9   IEE 5 th   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   fo Co n v e rg e n c e   in   T e c h n o lo g y   (I 2 CT ) .   IEE E,   p p .   2 0 1 9 ,   1 - 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /I2 C T4 5 6 1 1 . 2 0 1 9 . 9 0 3 3 8 9 7 .     [3 ]   S .   M .   A n to n y ,   S .   I n d u ,   a n d   R.   P a n d e y ,   An   e ffc ien t   so lar   e n e rg y   h a rv e sti n g   sy ste m   fo r   wire les s e n so n e two rk   n o d e s, "   J o u r n a o In f o rm a ti o n   a n d   O p ti miza ti o n   S c ien c e s ,   v o l.   4 1 ,   n o .   1 ,   p p .   3 9 - 5 0 ,   2 0 2 0 d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /IC P EICE S . 2 0 1 8 . 8 8 9 7 4 3 4   [4 ]   S .   Ba lg u v h a a n d   S .   B h a ll a ,   G re e n   e n e rg y   h a rv e stin g   u sin g   p iez o e lec tri c   m a teria ls  fro m   b rid g e   v ib ra ti o n s , "   i n   2 0 1 8   2 n d   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Gr e e n   En e rg y   a n d   A p p l ica ti o n (ICGEA) .   IE EE ,   2 0 1 8 ,   p p .   1 3 4 - 1 3 7 d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /ICG EA. 2 0 1 8 . 8 3 5 6 2 8 2   [5 ]   W.   Zah ra   a n d   T.   Dje ra ff,   Am b i e n rf  e n e rg y   h a r v e stin g   fo r   d u a l - b a n d   fre q u e n c ies   b e lo w   6   g h z , "   in   2 0 1 8   IEE W ire les s P o we r T ra n sfe r Co n fer e n c e   (W PT C) .   IEE E,   2 0 1 8 ,   p p .   1 - 2 d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /ICG EA. 2 0 1 8 . 8 3 5 6 2 8 2   [6 ]   B.   M u n ir  a n d   V.  Dy o ,   On   t h e   imp a c o m o b il it y   o n   b a tt e r y - l e ss   rfe n e rg y   h a rv e sti n g   s y ste m   p e rfo rm a n c e , "   S e n so rs ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 1 ,   p .   3 5 9 7 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 /s 1 8 1 1 3 5 9 7   [7 ]   M.   S.  Dia g a ra jan ,   A.  Ra m a sa m y ,   N.  B o o p a lan ,   M .   Din ,   a n d   M .   S a n g a ra n " R F   e n e rg y   h a r v e stin g   p ro t o ty p e   o p e ra ti n g   o n   m u lt i p le  fre q u e n c y   b a n d wit h   a d v a n c e d   p o we m a n a g e m e n t , "   In d o n e sia n   J o u rn a l   o El e c trica l   En g i n e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e   (IJ EE CS ) v o l.   1 7 ,   n o .   1,   p p .   7 0 - 7 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jee c s.v 1 7 . i1 . p p 7 0 - 77   [8 ]   U.  M u n c u k ,   K.  Ale m d a r,   J.   D.  S a ro d e ,   a n d   K.  R .   C h o w d h u ry ,   M u lt i -   b a n d   a m b ien t   rf   e n e rg y   h a rv e stin g   c ircu it   d e sig n   fo e n a b li n g   b a tt e r y les se n so rs  a n d   I o T , "   IEE I n ter n e o T h i n g J o u rn a l ,   v o l.   5 ,   n o .   4 ,   p p .   2 7 0 0 - 2 7 1 4 ,   2 0 1 8 d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /JIOT . 2 0 1 8 . 2 8 1 3 1 6 2   [9 ]   F .   Er k m e n ,   T.   S .   Alm o n e e a n d   O.  M .   Ra m a h i,   S c a lab le  e lec tro m a g n e ti c   e n e r g y   h a rv e sti n g   u s in g   fre q u e n c y - se lec ti v e   su rfa c e s,"   IEE T r a n sa c ti o n o n   M icr o w a v e   T h e o ry   a n d   T e c h n iq u e s ,   v o l.   6 6 ,   n o .   5 ,   p p .   2 4 3 3 - 2 4 4 1 ,   2 0 1 8 doi :   1 0 . 1 1 0 9 /T M TT . 2 0 1 8 . 2 8 0 4 9 5 6   [1 0 ]   S .   Ch a n d ra v a n sh a n d   M .   J.  Ak h tar,  De sig n   o e ffc ien re c ti fier  c ircu it   in   t h e   G S M   b a n d   fo e n e rg y   h a r v e stin g   a p p li c a ti o n s,"   in   2 0 1 7   IEE M T T - S   I n ter n a ti o n a l   M icr o w a v e   a n d   RF   Co n fer e n c e   (IM a RC) .   IEE E,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 5 ,   doi :   1 0 . 1 1 0 9 /IM a RC . 2 0 1 7 . 8 4 4 9 7 2 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  24 ,   No .   1 Octo b er   2 0 2 1 33 -   34 6   346   [1 1 ]   E.   Tam m a m   S e d e e k   a n d   E .   S .   Ha sa n e e n ,   Hig h   e ffc ien c y   2 . 4 5   g h z   lo w p o we h y b rid   ju n c ti o n   re c ti fier  fo rf   e n e rg y   h a rv e stin g , "   i n   2 0 1 8   In ter n a ti o n a J a p a n - Af ric a   Co n fer e n c e   o n   El e c tro n ics ,   Co mm u n ica ti o n a n d   Co mp u ta ti o n s   (J AC - ECC) .   IEE E,   2 0 1 8 ,   p p .   1 4 7 - 1 5 0 ,   doi :   1 0 . 1 1 0 9 /JEC - ECC. 2 0 1 8 . 8 6 7 9 5 4 6   [1 2 ]   M.  Ur   Re h m a n ,   W.   Ah m a d ,   a n d   W .   T.   Kh a n ,   Hig h ly   e ffc ien t   d u a b a n d   2 . 4 5 / 5 . 8 5   g h z   re c ti fi e fo r   rf   e n e rg y   h a rv e stin g   a p p li c a ti o n i n   ism   b a n d , "   in   2 0 1 7   IEE Asia   P a c if ic  M icr o wa v e   Co n fer e n c e   (AP M C) .   IEE E,   2 0 1 7 ,   p p .   150 - 1 5 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /JEC - ECC. 2 0 1 8 . 8 6 7 9 5 4 6   [1 3 ]   S .   Ch a n d ra v a n s h a n d   M .   J.  A k h tar,  d u a b a n d   d ifi e re n ti a re c ti fy in g   c ircu i fo rf  e n e rg y   h a rv e ste r, "   in   2 0 1 7   IEE Asia   Pa c if fc M icr o w a v e   Co n fer e n c e   (AP M C) .   I EE E,   2 0 1 7 ,   p p .   4 9 1 - 4 9 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /A P M C. 2 0 1 7 . 8 2 5 1 4 8 8   [1 4 ]   C.   S o n g   e t   a l. ,   n o v e si x - b a n d   d u a c p   re c ten n a   u sin g   im p ro v e d   imp e d a n c e   m a tch in g   tec h n iq u e   fo a m b ien rf  e n e rg y   h a rv e stin g , "   IE EE   T r a n s a c ti o n o n   An te n n a a n d   Pro p a g a ti o n ,   v o l .   6 4 ,   n o .   7 ,   p p .   3 1 6 0 - 3 1 7 1 ,   2 0 1 6 doi :   1 0 . 1 1 0 9 / TAP . 2 0 1 6 . 2 5 6 5 6 9 7   [1 5 ]   K.  Nio tak i,   S .   Kim ,   S .   Je o n g ,   A.  Co ll a d o ,   A.  G e o rg iad is ,   a n d   M .   M .   Ten tze ris,   c o m p a c d u a l - b a n d   re c ten n a   u sin g   sl o t - l o a d e d   d u a b a n d   fo l d e d   d ip o le an ten n a , "   IEE An ten n a s a n d   W ire les s P ro p a g a ti o n   L e t -   t e rs ,   v o l.   1 2 ,   p p .   1 6 3 4 - 1 6 3 7 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 /L AWP . 2 0 1 3 . 2 2 9 4 2 0 0   [1 6 ]   I.   Ad a m   a n d   M .   N.  M .   Ya sin ,   " Re c ti fier  fo R F   e n e rg y   h a r v e stin g   u si n g   stu b   m a tch i n g , "   I n d o n e sia n   J o u r n a l   o f   El e c trica En g in e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e   (IJ EE CS ) v o l.   13,   n o .   3,   p p .   1 0 0 7 - 1 0 1 3 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jee c s.v 1 3 . i 3 . p p 1 0 0 7 - 1 0 1 3   [1 7 ]   D.  Co laiu d a ,   I.   Ulisse ,   a n d   G .   F e rri,   Re c ti fiers   d e sig n   a n d   o p ti m iza ti o n   fo a   d u a l - c h a n n e rf  e n e rg y   h a rv e ste r, "   J o u rn a o L o P o we r E lec tro n ic s a n d   Ap p li c a ti o n s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p .   1 1 ,   2 0 2 0 doi :   1 0 . 3 3 9 0 /j l p e a 1 0 0 2 0 0 1 1   [1 8 ]   A.  Tay b i,   A .   Tajm o u a ti ,   J.  Zb i to u ,   A.  Err k ik ,   M .   Latra c h ,   a n d   L .   El   Ab d e ll a o u i,   " n e d e sig n   o h i g h   o u t p u v o lt a g e   re c ti fier  f o re c ten n a   sy s tem   a 2 . 4 5   G Hz , "   In d o n e sia n   J o u rn a l   o f   El e c trica l   E n g i n e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e   (IJ EE CS ) v o l.   1 3 ,   n o .   1,   pp.   2 2 6 - 2 3 4 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jee c s.v 1 3 . i1 . p p 2 2 6 - 2 3 4 .     [1 9 ]   J.  Ti ss ier,  M .   Ko o h e sta n i ,   a n d   M .   Latra c h ,   c o m p a ra ti v e   stu d y   o c o n v e n ti o n a re c ti fier  to p o l o g ies   fo lo w p o we r   rf  e n e rg y   h a r v e stin g , "   in   2 0 1 9   IEE W ire les Po we T r a n sfe Co n fer e n c e   (W PT C) .   IEE E,   p p .   5 6 9 - 5 7 2 doi :   1 0 . 1 1 0 9 / WP TC 4 5 5 1 3 . 2 0 1 9 . 9 0 5 5 5 7 8   [2 0 ]   B.   T.   M o o n   a n d   N. - H.  M y u n g ,   d u a l - b a n d   imp e d a n c e   tran sfo rm in g   tec h n i q u e   wi th   lu m p e d   e lem e n ts  fo r   fre q u e n c y - d e p e n d e n c o m p le x   lo a d s,"   Pro g re ss   In   El e c tro ma g n e t ics   Res e a rc h ,   v o l.   1 3 6 ,   p p .   1 2 3 - 1 3 9 ,   2 0 1 3 d o i :   1 0 . 2 5 2 8 / P IER1 2 1 1 1 8 1 1   [2 1 ]   Z.   Zh a n g ,   An ten n a   d e sig n   fo r   m o b il e   d e v ice s ,”   Jo h n   Wi ley   &   S o n s,  2 0 1 7 .     [2 2 ]   D.  M .   P o z a r,   M icro wa v e   e n g i n e e rin g ,”   Jo h n   wiley   &   so n s,  2 0 1 1 .     [2 3 ]   D.  Ye a g e S a m p le,  M .   Bu e tt n e a n d   J.  S m it h ,   De v e lo p m e n o s e n sin g   a n d   c o m p u ti n g   e n h a n c e d   p a ss iv e   rfid   tag s   u sin g   th e   wire les i d e n ti c a ti o n   a n d   se in si n g   p latf o rm , "   De v e lo p me n a n d   Im p lem e n ta t io n   o RF ID  T e c h n o lo g y   p.   1 2 7 ,   2 0 1 7 d o i 1 0 . 5 7 7 2 / 6 5 2 1 .   [2 4 ]   H.  M a h fo u d i ,   H.  Tak h e d m it ,   a n d   M .   Tellac h e ,   Du a l - b a n d   d u a l - p o lariz e d   sta c k e d   re c ten n a   fo rf  e n e rg y   h a rv e sti n g   a 1 . 8 5   a n d   2 . 4 5   g h z , "   1 2 t h   E u ro p e a n   C o n fer e n c e   o n   A n ten n a a n d   Pro p a g a ti o n   (Eu C AP   2 0 1 8 ),   2 0 1 8 ,   p p .   4 - 1 1 8 ,     d o i:   1 0 . 1 0 4 9 /cp . 2 0 1 8 . 0 4 7 7 .     [2 5 ]   H.  Vu   Ng o c   An h ,   N.   M .   Th ie n ,   L.   H.  Tr in h ,   T .   Ng u y e n   Vu ,   a n d   F .   F e rre ro e t,   Co m p a c d u a l - b a n d   re c ten n a   b a se d   o n   d u a l - m o d e   m e tal - rimm e d   a n ten n a , "   El e c tro n ics ,   v o l.   9 ,   n o .   9 ,   p p .   1 5 3 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 /ele c tro n ics 9 0 9 1 5 3 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.