Redresseur RF multibande à diode SSr avec un rapport de fréquence amélioré pour les applications biomédicales sans fil

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13246 (2023) Citer cet article

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Cet article décrit un redresseur RF implantable à quatre bandes avec une complexité de circuit simplifiée. Chaque cellule de redresseur RF est adaptée séquentiellement aux quatre fréquences opérationnelles pour réaliser la conception proposée. Le redresseur RF proposé peut récolter des signaux RF à 1,830, 2,100 et des bandes Wi-Fi dans les espaces blancs entre 2,38 et 2,68 GHz, respectivement. À 2,100 GHz, le récupérateur RF proposé a atteint un rendement de conversion de puissance RF-CC (PCE) maximum (courant continu radiofréquence) de 73,00 % et une tension continue de sortie \(V_{DC}\) de 1,61 V pour un récepteur RF. puissance de 2 dBm. Les performances extérieures de la rectenna montrent un \(V_{DC}\) de 0,440 V et pilotent un module d'évaluation (EVM) bq25504-674 basse consommation à 1,362 V. La dimension du redresseur RF sur le PCB FR-4 la carte est 0,27\(\lambda _{g}\) \(\times\) 0,29\(\lambda _{g}\). Le redresseur RF démontre la capacité d'utiliser efficacement le domaine fréquentiel en employant un fonctionnement multibande et en présentant une bonne bande passante d'impédance grâce à une technique d'adaptation séquentielle. Ainsi, en contrôlant efficacement les performances ambiantes du rectenna, la conception proposée offre le potentiel d’alimenter une gamme de dispositifs implantables biomédicaux de faible puissance. (OFFRES).

Les dispositifs embarqués basse consommation deviennent de plus en plus populaires dans diverses applications grand public et industrielles1,2. La biotélémétrie, la proportion de médicaments et leur allocation sont quelques-uns des impacts de la technologie BID sur la profession de santé3,4. Les progrès récents dans les matériaux et la fabrication ont produit de nouveaux dispositifs plus souples et adaptables dotés d'électrodes à faible impédance5,6,7. Depuis le début de la technologie, des batteries traditionnelles et des câbles d'interconnexion physique ont été utilisés dans ces implants4,8. En raison de leur courte durée de vie, les batteries doivent être révisées après une seule installation. Cependant, le patient doit subir une procédure inconfortable, coûteuse et désagréable pour changer ces piles6,7,9. De plus, les fils d’interconnexion sont dangereux et peuvent conduire à d’autres maladies infectieuses10. Plusieurs techniques ont été établies pour extraire l'énergie de diverses sources, notamment les vibrations, l'acoustique, le son, la lumière, la pression et la chaleur, afin de résoudre ces problèmes et contraintes11,12,13,14,15. Les ondes radiofréquences (RF) peuvent être exploitées pour faire fonctionner les composants électriques et reconstituer les batteries de l'implant8. Ainsi, les sources électromagnétiques ambiantes (EM) deviennent de plus en plus populaires pour alimenter les implants biomédicaux16. Il est crucial de récolter ces sources en raison de l’amplitude du signal relativement faible et de la puissance importante nécessaire pour piloter les implants biomédicaux17. Un émetteur de puissance sans fil configurable (WPT) peut simplement être utilisé comme source de signal dans les implants lorsque la puissance de fonctionnement potentielle est souhaitable18. Le WPT peut prolonger la durée de vie de la batterie des dispositifs médicaux implantables (DMI) et soulager la douleur des patients pendant l'intervention chirurgicale8,19. Plusieurs études sur les WPT, telles que le rayonnement micro-ondes et le couplage en champ proche16,17,19, ont été introduites sur la base des diverses conditions d'application. Le mécanisme de couplage en champ proche surpasse souvent le rayonnement micro-ondes en termes de portée de transmission, mais est plus grand en taille12,18. Ainsi, un mécanisme potentiel pour les IMD miniaturisés est le rayonnement micro-ondes basé sur le TESF16,17. La figure 1 montre comment un TESF dépend du couplage entre l'émetteur et le récepteur. Le segment de réception des micro-ondes WPT nécessite une antenne implantée et un redresseur RF pour recevoir et transformer le signal RF rayonné en une source CC7. Les caractéristiques régulées de l'émetteur ont fait évoluer le WPT en tant que solution potentielle aux sources ambiantes traditionnelles pour charger et alimenter les implants14,16. Une source d’alimentation et une rectenne constituent le système WPT. Ainsi, les implants biomédicaux bénéficieront considérablement de la récupération d’énergie RF en raison de ses divers avantages : transmission d’énergie sans fil, durée de vie prolongée de la batterie, capacités de miniaturisation, fiabilité améliorée, évolutivité et durabilité environnementale2,18. Ces avantages jettent les bases de dispositifs médicaux implantables améliorés et centrés sur le patient, propulsant les progrès des soins de santé et améliorant la qualité de vie des patients.