生体医療無線アプリケーション向けに周波数比を改善したマルチバンド SSr ダイオード RF 整流器

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13246 (2023) この記事を引用

268 アクセス

メトリクスの詳細

この論文では、回路の複雑さを簡素化した 4 バンドの埋め込み型 RF 整流器について説明しました。 各 RF 整流器セルは、提案された設計を達成するために 4 つの動作周波数に順次整合されます。 提案された RF 整流器は、それぞれ 1.830、2.100、および 2.38 ～ 2.68 GHz のホワイトスペース Wi-Fi 帯域で RF 信号を収集できます。 提案された RF ハーベスタは 2.100 GHz で、最大 (無線周波数直流) RF-DC 電力変換効率 (PCE) 73.00% と、RF の出力 DC 電圧 \(V_{DC}\) 1.61 V を達成しました。 2dBmのパワー。 レクテナの屋外性能は \(V_{DC}\) 0.440 V を示し、低電力 bq25504-674 評価モジュール (EVM) を 1.362 V で駆動します。 FR-4 PCB 上の RF 整流器の寸法ボードは 0.27\(\lambda _{g}\) \(\times\) 0.29\(\lambda _{g}\) です。 RF 整流器は、マルチバンド動作を採用し、逐次整合技術を通じて良好なインピーダンス帯域幅を示すことにより、周波数領域を効果的に利用する能力を実証します。 したがって、レクテナの周囲性能を効果的に制御することにより、提案された設計は、さまざまな低電力生物医学的埋め込み型デバイスに電力を供給できる可能性を秘めています。 (入札)。

低電力組み込みデバイスは、さまざまな民生用および産業用アプリケーションでますます人気が高まっています1、2。 バイオテレメトリー、薬剤の割合、配分は、BID テクノロジーが医療専門家に与える影響の一部です 3,4。 最近の材料と製造の進歩により、より低インピーダンスの電極を備えた、新しく、より柔らかく、適応性のあるデバイスが生み出されました 5、6、7。 この技術の開始以来、これらのインプラントには従来のバッテリーと物理的な相互接続ケーブルが使用されてきました4,8。 バッテリーは寿命が短いため、一度設置した後は交換する必要があります。 しかし、患者はこれらの電池を交換するために、不快で高価で不快な手順を受けなければなりません6、7、9。 さらに、相互接続ワイヤは安全ではなく、他の感染症を引き起こす可能性があります10。 これらの問題や制約に対処するために、振動、音響、音、光、圧力、熱などのさまざまなソースからエネルギーを抽出するいくつかの技術が確立されています11、12、13、14、15。 高周波 (RF) 波は、電気コンポーネントを動作させたり、インプラントのバッテリーを充電したりするために利用できます8。 したがって、周囲電磁波 (EM) 源は、生物医学用インプラントに電力を供給するためにますます一般的になりつつあります 16。 信号振幅が比較的低く、生物医学的インプラントを駆動するために必要な電力が大きいため、これらの信号源を収集することが非常に重要です17。 潜在的な動作電力が必要な場合、構成可能なワイヤレス電力送信機 (WPT) をインプラントの信号源として簡単に使用できます 18。 WPT は植込み型医療機器 (IMD) のバッテリー寿命を延ばし、手術中の患者の痛みを軽減します 8,19。 マイクロ波放射や近接場結合16、17、19など、WPTに関するいくつかの研究が、さまざまな適用条件に基づいて導入されています。 近接場結合機構は、伝送範囲の点でマイクロ波放射より優れていることがよくありますが、サイズはより大きくなります 12,18。 したがって、小型IMDの潜在的なメカニズムはWPTベースのマイクロ波放射です16、17。 図 1 は、WPT が送信機と受信機間の結合にどのように依存するかを示しています。 WPT マイクロ波受信セグメントには、放射された RF 信号を受信して​​ DC ソースに変換するための埋め込み型アンテナと RF 整流器が必要です7。 送信機の調整された特性により、WPT はインプラントの充電と電力供給のための従来の周囲電源に対する潜在的な解決策として進化しました 14、16。 WPT システムは電源とレクテナで構成されます。 したがって、生物医学用インプラントは、ワイヤレス電力伝送、バッテリー寿命の延長、小型化機能、信頼性の向上、拡張性、環境の持続可能性など、さまざまな利点により RF エネルギーハーベスティングから大きな恩恵を受けることができます 2,18。 これらの利点は、強化された患者中心の埋め込み型医療機器の基礎を築き、医療の進歩を推進し、患者の生活の質を向上させます。