Indonesi an  Journa of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   13 ,  No.   1 Jan uar y   201 9 ,   pp.  2 26 ~ 2 34   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 1 .pp 2 26 - 2 34          226       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   A new d esig of  high out pu t v olta ge re ctifi er for r ectenn system  at 2.4 5 G Hz       A.  T aybi 1 , A.  Tajm ouat i 2 ,  J.  Z bito u 3 , A. E rrki k 4 , M. L atrach 5 ,  L. El  A bdell aoui 6   1,2,3,4,6 LMEE T ,   F ST  of  Set ta t ,   H a ss an  1st Uni ver s ity ,   Settat ,   Moro cc o   5 Microwa ve  Gro up  ESEO  Anger s,  Franc e       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   A ug  29 , 201 8   Re vised N ov 15 , 2 018   Accepte d Nov  26 , 201 8       Thi pap er  d ea l with  th d esign  and  ac h ie ve m ent   of  a   nove m ic rostr i p   rec t ifi er  wi th  hig conve rsion  eff ic i ency   and  outp ut  volt ag e.   Firstl y ,   we  h av e   designe a   re ct if ie base d   on  HS MS 2820  Schott k y   d iode b y   us ing  ser ie s   topol og y   to   co nver the  elec t r om agne ti c   en er g y   int o   DC  po wer.   The n,     steppe d - imped anc low  pass  fil te was  implemente to  fi lt er  th unwanted   har m onic gene r at ed  b y   the   non - li ne ar  Schott k y   diode .   Bo th  of  t he  struct ur e s   have   be en  sim ula t ed  and  fab ricate on  an  FR subs tra te   wit die l ec tr i c   per m it ti vi t y   con stant   4. 4 ,   th ic kn ess  of  1. m m   and  loss  t ang en of  0. 025 .   Good  per form anc es  were   conf ir m ed  throughout   the   m ea surem en resul ts  an d   an  in te rest ing  ou tput   vol ta g was  observe d.   Ke yw or ds:   Mi cro strip  r ect ifie r   Ou t pu volt age   Schott ky d i od e   Stepp e d - im ped ance lo w pass   filt er   W i reless  powe tra ns m issi on     Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in Aut h or :   A.   Tay bi ,   LME ET,  FST of  Sett at   Hassa n 1st Uni ver sit y, Sett at , M orocco .   Em a il taybi.abdell ah@gm ai l. com       1.   INTROD U CTION     Ow i ng   to  t he  pro gr ess  of   el ect ronics  in  re cent  ye ars,   it   has  bec om increasin gly  co m m on   to  us sens or s se ns or  net works  an wi reless  act uato rs  in  m any  areas  (s pace m il it ary,  m e dical dom est i c,  ...) ,     and   es pecial ly   in  places  that  a re  da ng e r ou a nd  d if ficu lt   to  acce ss.  F or   a be tt er  integrati on  in  the  e nv i ronm ent,  it   is  necessa ry  to  re duce  the   s iz of  these   syst e m and   t e ns ure  t heir  e ne rg a uton om y.   Co nv e ntio nal  batte ry  or   batte ry  po w erin te chn i ques  rem a in  restr ic ti ve  or   eve diff ic ult  to  m atch   for  certai app li cat io ns I nd ee d,  they   are  lim ited  in  auto no m y,  req uire  pe rio dic  rep la ce m ents  and   the ir  recyc li ng   is  exp e ns ive Re centl y,    as  so l ution,  var i ou wirele ss  powe te ch no l og ie a re  pro posed  i [ 1 - 4 ]   w hich  hav e   gen e rated   sig nificant   researc i ntere st i t his a rea.   The  c oncept is   to elim inate  in t he  f uture th e c on st raints  of ba tt ery rep la ce m ent.    The  ai m   of   this  pap e is  to  propose  a al te r native  s olu ti on   that  is  eff ic ie nt le ss  restrict ive  an m or resp ect fu of  the  en vironm ent.  Fr om   this  p oin of   view,   wi reless  powe transm issi on   ( W PT [ 5 ]   is   very   interest ing  so l ution.  A sho wn   i Fig ure  1( a ),   it   co ns ist of   t ran sm it tin e ne rg fro m   on po i nt  to  an othe thr ough  the  f re sp ace,  a nd   once  capt ur e a nd   c onve rted  i nto   DC,  will   be   us ed  t fee the  wireless  de v ic e(s ).   In   t his  stud y,  we  f oc us ed  on  m ic ro wav energy  tran sfe at   2.45   G Hz   wh ic is  the   Industri al   Scie ntific   Me dical   (ISM )   fr e quency  ba nd.  Firstl y,  the  DC  el ect rical   energy  is  c onve rted  i nto   m ic ro wa ve  e ne rg us in an  RF  s ource.  The n,   this  e nergy  is  rad ia t ed  i the  f ree  s pac by  transm itti ng   ante nn a F inall y,  the  rad i at ed   energy  is  capt ured  by  Re ct enn (Rect ify in A nten na [ 6 - 7 ]   ci rcu it c onver te into  DC   powe an delivere to a  resist ive lo ad.   c onve ntiona recten na  ci rc uit  (F i gure  1(b ))   is   com po se from   receivi ng  ante nna  [ 8 - 11 ]   fo ll owe by  non - li ne ar  char act e risti RF - DC  conver si on   ci rc uit.  This  ci rcu it   con ta in m os t   of te one  or   m or e   Schott ky  diode [ 12 ] ,   an   HF   i nput  filt er,  a   D outp ut  filt er  and  resist ive  load.  T he  c halle ng e   is  t op ti m iz Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A n ew   desi gn of  h ig h ou t pu v oltag e  recti fi er for r ect e nna s yst em at 2 .45 GHz   ( A. Tay bi )   227   t he  entire  rect enn a with  t he   obj ect ive  of  m axi m izing   the  DC  outp ut   in  te r m of  RF - DC  c onve rsion  eff ic ie ncy.  T he   op ti m iz a ti on   m us be  done   on   the  whol ci rcu it he nc the  need   t us global  a naly sis   m et ho ds   com bin ing   el ect r oma gn et ic   sim ula ti on   an ci rcu i t.  Nu m erical   m od el ing   will   be  fund am ental   too thr oughout  this  wo r k,   the  ai m   bein to  ta ke  into  acco unt  al the  po ssi ble  couplin gs   bet we en  the  dif fer e nt   par ts  of the circ uit.         (a)     (b)     Figure  1. (a ) W i reless  powe tra ns m issi on   syst e m , ( b) Bl oc k diag ram  o r ect enn ci rcu it   [13]       The  ai m   fr om  this  wor is  to  desig n,   op ti m iz e,  reali ze  and   ex per im ental ly   char act erize  innov at iv e ,   com pact  and   high  volt age  r ect ifie ci rcu it .   series  topo log is  us ed  a nd   ste ppe d - i m ped ance  Lo Pass   Fil te LPF  is  p l aced at t he ou t pu of the  circ ui t t obta in a  stable DC  outp ut  volt age.       2.   RECTIFIE R DESIG N A N SI M ULATI ON   The  sim ulati o an optim izati on   of  the  ci rcu it   wer ca r ried  out  unde r   Advan ce De sign   Syst em   ADS  [14]  s olv er   with   c ouplin bet wee har m on ic   ba la nce  a nd  Lar ge - si gn al   S - pa ram et ers.   Pr io r   to  t he   op ti m iz ation   ste p,   pa ram et ric  stud ie we re  c onduct ed  to d e te rm ine  the  sen sit ivit of   the  conve rsion  ef fici ency  to  so m i m po rtant  par am et ers  and   m or pa r ti c ularly the  load  (R L ),   t he  di od par am et ers,   the  capaci ty   of   th e   DC  filt er,   the   m ic ro strip  li ne   sect ions.  The   resu lt t hat  em erg e   f ro m   this  stu dy  al lo wed  us  to   m ake  certai cho ic es  and t o sim plify t he  op tim iz at ion  pro c ess.     2.1.  M ono - Di od Seri es  Re ctifie r   The  devel oped   ci rcu it   is  in  s eries  to po l og (F ig ur e   2(a) ),   i con ta in Sc ho tt ky  diode  HS MS  28 20   wh ic ha lo ju nction  ca pa ci ty   Cj0   (0.18   pF ) lo RS   series  resist an ce  (5   Ω ),   junc ti on   resist a nc RJ,     pack a ge  in du ct a nce  LP,  and   pac ka ge   capaci t ance   CP.  Its  fo r w ard - bias  tu rn - on   vo lt age  V BI  and   br ea kdow vol ta ge  VB T he  equ i valent  el ec tric al   m od el   of   the  diode  is  gi ven   i Fi gure  2(b).  T he  ci rc uit  is  powe red  by  a   char act e risti im ped ance  50  Ω  m ic ro strip  li ne,   it   has   bee et ched  on  t he  R4  s ubstrat 4.4 ,   1.6 mm , ta  =  0.02 5).           (a)     (b)     Figure  2. (a T he pr opos e d re ct ifie to po l ogy (b) E quivale nt circ uit m od el  o f  the  Schott ky  d io de       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 Ja nu a ry 20 19   :   2 2 6     2 3 4   228   The  ef fici ency  [15]  descr i bes  the  abili ty   of   t he  recti fier  to  pro vid co ntin uous   el ect rical   powe to  the  load   f ro m   the  RF  ene r gy  pr ovide by  the   re cei vin syst em   or  oth e m ic ro wav e   power  s ource T his  e ff ic ie ncy  represe nts  the  m ai obj ect ive   durin proc ess  of  the  c on ver si on   ci rcu it   op ti m iz ation The  var ia ti on  of   t he  Schott ky  diod i m ped ance  ge ner at es  m is m at ch  that  dir ect ly   aff ect the  co nversi on  eff ic ie ncy.  Fi gure  sh ows  the  sim ulate res ults  of  the  pro pose recti fier,  the  ci rcu it   has  a g oo m at ching   input  i m ped ance  a rou nd   2.45  G Hz  i t he  IS band.  The  se ns it ivit of  the   recti fie is  directl rel at ed  t the  se nsi ti vity   of   the   diodes  us e an it no n - li nea cha rac te risti c.  The  f ol lowing  sect io ns   will   desc rib the  m e tho dol og a nd   t he  dif fer e nt  ste ps   fo ll owe d t opti m ise  the prop os ed  r ect i fier ass ociat ed   to the DC  filt er.         (a)     (b)     Figure  3. Sim ulate res ults (a S 11 vers us   frequ e ncy , ( b)  C onve rsion  e ff ic ie ncy  ve rsus in pu powe r       2.2.     S teppe d - Imped an ce  L ow - Pass Fi lter   Passive  m ic ro wav filt ers  are  ver im p or ta nt  par of  m od ern   te le com m un ic at i on   syst em   (Rect enn a   ap pl ic at ion s).  T he  te chnolo gy  of  m ic ro wa ve  filt ers  m ade  the  e vid e nce,  from   the  point  of   vi ew  of   desig an m i niaturizat io n,   a well   as  fr om  the  po int  of  vi ew  of   the  use   of   sp eci fic  m at erial s,  in  ord er  to  achieve  bette r   responses  of   sel ect ivit y,  qu al it fa ct or   and   t un a bili ty  in  fr e qu e ncy.   Im pr ov e el ect rical   perform ances,  increase sel ect ivit y,  co m pact  siz and   reduce pro du ct ion   costs  are   the  m ai const raints   facin the  desi gn   of  RF  an m ic ro wa ve  filt ers.   In   t his  co ntext,  th de ve lop m ent  of   highly   sel ect ive  filt ers,  with  low  le vel of   losses  a nd  com pact  size,   is  at   pr esen fiel of   act ivit of   fund a m ental   interest Su c filt ers  are  m ade  by  var io us   te chnolo gies,  m i cro st rip  li nes,   s lot  li nes  and   co plana wa vegu ides.  Mi cro st rip  [16]   is o ne of  t he d om inant  te chnolo gies,  w hich ca n pro vid e im plem entat ion  in  lo w p rofil e topolo gies.   An   e ff ic ie nt  w ay   to  i m ple m e nt  low  pass  filt ers  in  m ic ro strip  te ch no l og is   to  us al te r nat ing   sect io ns  of   ve ry  hi gh   and  ve ry  lo w   char a ct erist ic   i m ped ance   li nes.   Su c filt ers  are   usua ll ref er re as  ste pp e i m ped ance  filt ers.   T his  ki nd   of   filt ers  are  popula beca us e   they   are  easi e to  desig an ta ke  up   le ss  sp ace   than  sim il ar  low - pass   filt er   us in st ub s The  ste pp e i m ped ance  filt er  is  one  of   t he   conve ntio nal  filt ers,   m ai nly  du t the  ease   of  im plem entat ion   in  ei the m ic ro s trip  or  co plana te ch nolo gy.  This  filt er  is  norm al ly  com po sed  of   a lt ern at ing   l ow   and   high  im ped ance  re gions  (the  hi gh   im ped ance  li ne act   as  series  indu ct or s   and  the  lo i m ped ance  li ne act   as  shu nt  capaci tors),  w her t he  c hang in  im ped anc is  co ntro ll e by  the  width   of  the  st rip.   For  achie vi ng   high  de gr ee  of   at te nuat ion   i the  st op   band  it   is  nece ssary  to  ob ta in   high   to  low  im ped ance  rati (Z H /Z L or   to  inc re ase  the  order   of  the  filt er.  Als o,   one  of  the  m ai req uirem ents  for  the  ste ppe im ped a nce  filt er  is  that  each   sec ti on   m us be  le ss  tha half  of   the  qua rter  wa velen gth   at   t he   cut - off  f reque ncy  ( λ/8).   T he  ove rall   siz of   t he  filt er  will   be  la rg at   lo fr e quencies  e sp eci al ly   if  the  nu m ber   of   the ele m ents i s incr ease t a chieve  sp eci al   requirem ents as in  s ha rp ed ge  f il te rs.             (a)     (b)   Figure  4. (a ) G ener al  st ru ct ure o the  step pe d - im ped ance  low pas s m ic ro strip  filt ers.  (b )  L - C l a dd e ty pe  of  low pass  f il te rs  to be a ppr ox i m at ed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A n ew   desi gn of  h ig h ou t pu v oltag e  recti fi er for r ect e nna s yst em at 2 .45 GHz   ( A. Tay bi )   229   Figure  4( a s hows   gen e ral  structu re  of  th ste pped - im p edan ce   lo pa ss  m ic ro strip  f il te rs,   w hic us a   casca ded  struct ur e   of  al te rn at in high  and  lo im pedance  tra ns m issi on   li nes.   Thes are  m uch  shorte r   than  t he  ass oci at ed  guide w avelen gth ,   s a to  act   as  sem lum ped   el e m ents.  T he  high - im ped ance  li ne act   as  series  i nduc tors  a nd  t he  l ow - im ped ance   li nes  act   as   s hunt  ca pacit ors.  T her e fore,   this  filt er  struc ture  i s   directl reali zi ng   t he  L - la dd e ty pe  of   l ow   pass   filt ers   of   Fig ur 4(b ).   S om pr io ri  desi gn   i nform at ion  m us be  pr ovided  a bout  the   m ic ro strip  li nes,   beca us ex pr essi ons  f or   inducta nce  a nd   capaci ta nce  de pe nd   upon  both  ch aracte risti i m ped a nce  an le ng t h.   It  w ou l be  pract ic al   to  init ia l ly   fi the  char act e risti i m ped ances  of  high -   an l ow - i m ped ance  li ne s b y c onside rati on   of:   a)   Z L   Z 0   <   Z H ,   wh e re  Z L   a nd  Z H   de no te   the  char act e risti im ped ances  of  the  l ow  an high  im ped anc e   li nes,  r e sp ect iv el y, and Z 0   is t he  s ource im ped ance , whic i s u s ually  50 ohm s f or  m ic ro strip  filt ers.     b)   lo wer  Z L   re su lt in  bette ap pro xim ation   of   l um ped - el em ent  capaci tor,   bu t he  re su lt ing   li ne   width  W C   m us t n ot all ow an trans ver se  r es onance  to occ ur  at  o pe rati on  fr e qu e ncies.   c)     highe Z H   l eads  t bette a pproxim at io of   lum ped - el e m ent  inductor but  Z H   m ust   no be  s high  that  it fab ricat io bec om es  ino rd i na te ly   diff ic ult  as  nar r ow  li ne or   it cu rr e nt - car ryi ng  capab il it y bec om es a lim i ta ti o n.   In   this  sect io n,  ste pp ed - im ped ance  L ow - P ass  Fil te is  design e an sim ula te d.   It’s  a bout  LPF   hav i ng  m axi m al l flat   res ponse   a nd  c ut - off   f reque ncy  of  1.5   G Hz.  It   is  desire to  ha ve  m or t han  20  dB  insertio lo ss  a 2.5  GH z T he   filt er  im ped an ce  is  50  Ω  t he  highest  pr act ic al   li ne  i m ped a nce  is  120Ω a nd  the   lowest  is  20Ω.  Con si der   t he  ef fect  of  losse wh e t h is  filt er   is  i m ple m ente wit an   FR4   su bst rate  an c oppe r   cond ucto rs.   T desig th e   desire filt er,  we   m us first  de fine   the   ap pro pr ia te   orde r   by  us in the     fo ll owin g Fi gu re  5.           Figure  5. Atte nuat ion ve rs us   norm al iz ed  fr e quency  f or  m axim al l y flat  f il te prot otypes  [17 ]       The n,   the  el em ent  values  for  the  la dd e r - ty pe   ci rcu it of   Fig ur 4(b)   ca be   ta bu la te d.   Ta ble  gi ve s   su c el em ent  values   f or   m axim a ll flat   low - pass  filt er  prot otypes  for  t 10 These  data  ca be  us ed   with eit he r of t he  la dde ci rc ui ts of   Fig ur e  4( b) in t he  f ollo wing  way.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 Ja nu a ry 20 19   :   2 2 6     2 3 4   230   The  el em ent  v al ues  are  num ber e f ro m   g 0   at   the  gen erat or  i m ped ance  to   g N+1  at   the  load  i m ped an c e   for  a   filt er  havi ng   N   reacti ve   el e m ents.   To   r eplace   the   seri es  in du ct or s   an s hunt  ca pacit or s   with   sect io ns   of  low - im ped anc and   high - im ped a nce  li nes ,   the  re qu i re el ect rical   li ne  le ng th s,  βi al ong  with  the  ph ysi cal   m ic ro strip li ne   widths,  Wi,  a nd len gths, Li,  a re  giv e n by :     0   H LR l Z   (In du ct or)   (1)     0   L CZ l R   (Capacit or)     ( 2)     T he final   desig n of t he  ste pp e d - im ped ance  low - pa ss  filt er is sho wn   in t he follo wing  F ig ure   6.           Figure  6. The   pro po se d fil te r l ay ou t       Figure  s hows  a go od r es ponse  of the  f il te i n rej ect in t he undesire d fr e quency  ba nds (h igh e r order   har m on ic generate d by the  s cho tt ky  diode ).           Figure  7. Sim ulate filt er r e spon s ver s us   fr e qu e ncy       2.3.     Fin al  Re ctifier  D e sign   Figure  s how the  desig ne recti fier  wh e re   the  init ia rect ifie str uctu re  and  the  ste ppe d - im ped ance   low pass f il te r have bee ass oc ia te d.  A  m at c hing circ uit i s essen ti al  in  pro vid in the m axi m u m  p ow e tr ansf e r   from   the  antenn to  the  recti fier  ci rcu it As   it   is  sh own  i Figure  8,  to  m at c the  in pu im ped ance  of   t he  di ode   with  the  ante nna  im ped ance  of   50 Ω  (or  any   oth er  s ource  of  RF  powe r) a   com bin at ion   of  transm issi on   li ne  and   m ic ro str ip  rad ia stu is  desig ne d.   T he   op ti m iz a ti on   of   the  im ped a nce  m at chi ng   consi sts  of   a dju sti ng   the  le ngth  a nd  the  an gle  of   t he  m ic ro strip  rad ia stu a nd  the  le ng t of  the  tra ns m issi on   li ne  by  us ing   an   op ti m iz ation   m et ho unde ADS  s of twa re.   In  ad diti on,  t he  sam Scho t tky  diode  m entioned  in  t he  init ia recti fier  de sig sect i on   hav be en  em plo ye in  the  DC  port ion   of   t he  recti fier,   i series  with  R L   [ 18 ]   in  or der   to im pr ov e  the  detect ion sen sit ivit y, so  that t he dio de  act s a s a  var ia ble  res ist or :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A n ew   desi gn of  h ig h ou t pu v oltag e  recti fi er for r ect e nna s yst em at 2 .45 GHz   ( A. Tay bi )   231       /     j s b R n K T q I I      ( 3)     Wh e re    is t he d iod e i deali ty  f act or ,  K is t he  B oltzm ann ’s  c onsta nt, q is the  e le ct ro nic c ha rge, I s   is  the  diod sat ur at io c urr ent,  I b   is t he  ext ern al   bias c urr ent, a nd T is t he  te m per at ure  of the  diode i n degrees  Kelvi n.             Figure  8. Final   recti fier  desi gn       T he  c om bin at i on   of  pas sive   el e m ents  (an t enn a s,  li ne  se ct ion s,  i nducto rs,   ca pacit or s )   and   act i ve   el e m ents  (d io de s)  poses  the  pro blem   of   the  ov e rall   nu m erical   si m ulati on   of   the  de vice.   Re gardin the  us of  high  f re qu e nc ci rcu it s,  it   is  i m po rtant  t sel ect   su it ab le   si m ulati on   env i ronm ent,  wh ic is  able  to  offe r   diff e re nt  ty pes  of   sim ulatio ns  sp eci fic  to  RF  ci rcu it s.  Adva nced   Desig S yst e m fr om  Ag il ent  Tech no l og ie s   offer bro ad   sp ect ru m   of   too ls  de dicat ed  to  the  desi gn   of   RF  ci r cuits.  Ti m (Tr an sie nt),   fr e qu e ncy   (H a rm on ic   Ba l ance,  SPa ram e te r,   LSSP an el ect ro m agn et ic   (Mom entu m EMDS)  sim ulati on are  incl ud e in  the  s of twa re In  addit ion,  a large  li brary  of   com po ne nt  m od el s uc as  S cho tt ky d io des  is  avail able.  F or  the  desig ne recti f ie r,   sim ulati on ha ve  bee pe rfor m ed  by  usi ng   Ha rm on ic   Ba l ance  as  ti m e - fr e qu e ncy  analy sis  of  the   no n - li ne ar  beh a viou of  the   ci rcu it .   More ov e r,  the   m at ching   in put  im ped ance   is  validat e by  us i ng  Larg e  Sig nal S - Param et ers  (L SSP).   The  e ff ic ie ncy  (η) of t he  m ic ro wa ve rect ifie r  is d e fine d by:     η   =    P dc / P r   =   V dc 2   /P R L   (4)     Wh e re  P DC   is  the  dc  powe pro duced  at   the  load  re sist ance   (R L of  the  re ct ifie and   P r   is  the  powe r   receive at   the   anten na  of   rec te nn or  any  ot her   s ource  of   m ic ro wa ve  en erg y.  P r   is  cal culat ed  f r om   th Fr ii s   transm issi on   equ at io wich  giv es  t he  am ou nt  of   power   an  ante nn rec ei ved   under   i de al   conditi on s   fr om   ano t her ante nna. T he  P ower  f ro m  isotropic a nten na fal ls o ff as R 2 , so t hat the  powe r dens i ty  ( p) wo uld   be     p t   π R   (5)     Mult iply ing   by the  gain o the  tran sm it ti ng  an te nn giv es  a  real ante nn a  p a tt ern       ( p t   / 4   π R 2 )  G t   (6)     If   receivi ng an t enn a  h a s a ef f ect ive ap e rtu re  of A e ff   the  po wer recei ve d b y t his an te nn a  (P r is     P r   p.   A e ff   (7)     Th us     P (p t   πR 2 )  G t   A e ff   (8)     The  e ff ect ive  a per t ur of a a nten na  ca n be  wr it te as:       A eff   ( λ 2 /4π) . G   (9)     So ,  w e  conclu de  that the  frii s tran sm issi on  e quat ion co ul d b e   ex pr es sed  as  fo ll ow:      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 Ja nu a ry 20 19   :   2 2 6     2 3 4   232   P r   = P t .  G t . G r . ( λ /4 π R) 2   (10)     Figure  s how the  si m ulati on   res ults  after  op ti m iz ation   of  the  ci rcu it it cl ear  from   th gr a phs  that   the p e rfo rm ances of th e  r ect ifi er  hav e  b ee n re m ark ably  im pr ov e d.          (a)     (b)       (c)     Figure  9. Sim ulati on  r es ults  ( a) r e flect ion co eff ic ie nt  versus   fr e quency  ( b)   Conver sio ef f ic ie ncy v ers us  input  powe (c ) O utput v oltage  ve rs us  i nput  power       3.   ACHIEVE M ENT A N D M EASURE MENTS   The  series - m ou nte recti fier  was  buil with  the  intenti on   to  m easur it s   per f orm ance  fo diff e re nt   input  powe points:   - 20   dB m   to  20   dBm It  was  pr inte on   a FR sub strat with  diel ect ric  con sta nt   of   4.4  and  ha vi ng  thickne ss  of  1.6m m The  str uctu re  of  the  recti fier  is  s ho wn  in  Fig ur e   10 it   c onsist of  a   Schott ky  diode   in  series  with  filt er  at  the  ou tp ut  of   the  ci r cuit  to  re m ov the  unwa nted  RF  com po nen t   at   the  load  le vel,  t his   la te was  ch ose to  be  kOh m .   Fo the  desi gn   a nd  reali zat ion   of   the  recti fier,  we  rem ind   that   we  ha ve  us e Scho tt ky  diode  ty pe  HS MS - 28 20.  The  m e asur em ent  set up   show in  Fi gure  10(a was   us e for  the   e xp e rim ental   char act erizat ion   of   th conversi on  ci rcu it It  co nt ai ns   an  RF  ge ner at or   AN R ITSU   68347C  10  M HZ - 20  GH Z   to   supp ly   the   ci r cuits  with  t he  RF  sig nal  at   th desire fr e qu ency  an m ultim e te r   to  m easur the   ou tp ut  volt age   le vel  of   the  ci rcu it Fig ur 11  shows  the  m easur e outp ut   vo lt age  le vel  ver s us   si m ulate on e ,   an  interest in val ue  is  ob serv e with  just  one  recti fi cat ion   di od e this  resu lt s how  t he   po s sibil it of   us in our  rect ifie in  real  a pp li cat io ns   on  2.4 GH z   of   the  IS band.   Table  2   s how n   a s   perform ance  com par ison   wit h othe rece nt  r esearche s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A n ew   desi gn of  h ig h ou t pu v oltag e  recti fi er for r ect e nna s yst em at 2 .45 GHz   ( A. Tay bi )   233     (a)     (b)       (c)     Figure  10.   (a)  Me asur em ent  set up   ( b)   Me as ured   outp ut  vo lt age  (c)   Fabri ca te recti fier           Figure  11. Si m ulate a nd m ea su re d o utput v oltage  ver s us i nput  powe r of  t he rect ifie r       Table  2.   Per for m ance  Com pari so n   with  O t he Re cent Re se a rch es   So u rce   Op erating  f requ en cy     Techn o lo g y   Ou tp u t Voltag e   [ 3 ]   2 .45  GHz   Vo ltag e Dou b ler   1 0 .75 V ( 2 0  dB m )   [ 1 9 ]   2 .45  GHz   Vo ltag e Dou b ler   2 .3V (M ax )   This  pap er   2 .45  GHz   Sin g le Diod e   1 1 .23 V ( 2 0  dB m )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 Ja nu a ry 20 19   :   2 2 6     2 3 4   234   4.   CONCL US I O N     hi gh   volt ag recti fier  has  been   presente to  co ver   the  needs  f or   a pp l ic at ion in vo l vi ng   wireless   powe tra ns m i ssion.  W e   ha ve   us e an   HSM S2 82 Sc hott ky  diode  as  recti ficat ion   de vice  m ou nted  i serie s   topolo gy.  st epp e d - im ped ance  lo w - pas f il te hav e   bee us e at   the   ou t pu of  the   ci rcu it   to  e nha nce  th e   perform ance  of   the  recti fier  by   pr ovidin su ccess fu sup pressi on  of  unde sired  RF  com pone nts.  Sim ul at ions   hav bee car r ie out  by  us i ng  A dvance D esi gn   Syst em   a nd   t he  res ults  hav bee co nf irm ed  by  fab ri cat ion  and   m easur em ents.  W ha ve  us e an  FR s ub st rate  with  di el ect ric  per m itti vity   con sta nt  4.4,  thic kn es of   1. m m   and   loss  ta ng e nt  of  0.0 25.  W ha ve  reac hed   a im po rtant  value  of  o ut pu t vo lt age o 11.23 with j ust   one   recti ficat ion   di od e ,   s t hat the  circuit i judg ed  to  b e  co m pa ct , lo w  cost  and e ff ic ie nt.       REFERE NCE   [1]   M.  Sudou,  H.  T aka o,   K .   Sawad a,   and  M .   Ishid a.   nove RF   i nduce d   power  s uppl y   s y stem  fo m onoli thi c al l y   int egr at ed   ubiquitous m ic ro  senso nodes.  Sensors   and  Actuators A .   2 008;  145 - 146 : 343 348.   [2]   C.   Yu,  F.  Ta n,   a nd  C.   Li u.   C - band  m ic rowave   rec te nn using  ape rtur e - coup le d   ant enna   ar ra y   a nd  novel   Cla ss - rec t ifi er   with   c a vity .   J .   E lectromag.  Wav es  App .   Jul y   2015 29(8) 977 - 991.   [3]   D.  H.  Chuc   an B.   G.  Duong .   Design  and  Fabricat ion   of  R ec t if y ing  Ant en na  Circ u it   for   W ire le ss   Pow er  Tra nsm ission  S y stem  Opera t in at   ISM   Band.   Inte rnational   J ournal  of  El ec t rical   and  Computer  Engi ne erin g   ( IJE CE) .   Augus 2016;  6(4) 152 2 - 1528.   [4]   Dee pak  Kum ar,  Kalpa n C hau dhar y .   High   E ffic i ency   Ha rm onic   Harv este r   Rec t enna  for   Ene rg y   Sto ra ge   Applic a ti on.   Int e rnational   Journal  of   Powe r   Elec t ronics  and  Dr ive   Syste m ( IJPEDS) .   Marc 2018;   9(1):  252 - 259 .   [5]   Nicol as  Te sla .   E xper iments  with   Alte rna te   Cur ren of  High   Poten tial and  H igh   Freq uency .   London : M cGra w,  1904.     [6]   W .   C.   Brown.  T he  histor y   of   po wer  tra nsm ission  b y   rad io   wave s.  IEEE  Tr ans.  Mic row.  Theory  Techn.   Sep .   198 4;   MTT - 32(9):  123 0 - 1242.   [7]   A.  Tay bi ,   A.  T ajm ouat i,   J.  Zb it o u,   A.  Err kik ,   M.  La tr ac h ,   L.   El   A bdel l aoui .   Ne Config ura ti on   of  High  Output  Volta ge  2. 45  G Hz  Rec ti f ie fo W ire le ss   Powe Tra nsm ission  Applic ations.  Tele communic a t ion,   Computing,  El e ct ronics  and   Control  Journal   ( TEL K OMNIKA) .   Octobe 2018 ;   16(5):  1939 - 194 6.   [8]   Kuldee Kum ar  Para shar.   Design  and  Anal y sis   of  ISl ott ed  Recta ngul ar  Microst rip  Patc Anten na  for  W ire le ss  Applic a ti on.   Int e rnational   Journal  of   Elec tric al   an Computer  Eng ine ering   ( IJE CE ) .   2014;  4(1):   31 - 36.   [9]   C.   Y.  D.  Sim ,   M.  H.  Chang,   and  B.   Y.  Chen.   Microstri p - fed   r ing  slot  ant enna  design  with  wi deba nd  h armoni suppress ion.   IE E Tr ans.  Antenn as P ropag.  Sep .   2014;  62(9):   482 8 - 4832.     [10]   R.   A.  Rahi m ,   S.  I.   S.  Hass an,   F .   Male k,   M.  N.  Junita ,   H.  F.  Hass an,   S.  F.  W .   Anw ar.   har moni suppress ion  ci rcu la rl y   po la r i ze pa tc an te n na  for  an  RF   a m bie nt  ene rg y   h arv esti n s y s te m .   in  Proc .   IE EE  Int.   Conf .   Cle a Ene rgy  Te chnol.   La nkgk awi, Ma lay s ia.  Nov.   18 - 20,   2013:   4933 - 4936.   [11]   Fu - Jhuan  Huan g,   Tz ong - Che Yo,  Chie n -   Ming  Le e,   and  C hing  Hs ing  Luo.   Design  of  Circ ula Polar iz a ti o Antenna   W it Harm onic   Suppress ion  for  Re ctenna   A pplica ti o n.   IE EE   Ant enn as  Wirel ess  Pro pag.   Lett .   2012 ;     11:  592 - 595.   [12]   Surfac e   m ount   R F Schott k y   b arr i er  diod HS MS - 282X seri es.   Agilent Tec hnol . ,   P alo  A lt o,   CA ,   Te ch.   Data ,   2001 .   [13]   V.Mari an ,   C. 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