Antenna-rektifikatorning birgalikdagi dizayni
2-rasmdagi EG topologiyasidan keyin rektenalarning xarakteristikasi shundaki, antenna 50Ō standartiga emas, balki to'g'ridan-to'g'ri rektifikatorga mos keladi, bu rektifikatorni quvvatlantirish uchun mos keladigan sxemani minimallashtirish yoki yo'q qilishni talab qiladi. Ushbu bo'limda 50 Ō bo'lmagan antennalar va mos keladigan tarmoqlarsiz rektenalar bilan SoA rektenalarining afzalliklari ko'rib chiqiladi.
1. Elektr kichik antennalar
LC rezonansli halqali antennalar tizim hajmi juda muhim bo'lgan ilovalarda keng qo'llanilgan. 1 GGts dan past chastotalarda to'lqin uzunligi standart taqsimlangan element antennalarini tizimning umumiy hajmidan ko'proq joy egallashiga olib kelishi mumkin va tana implantlari uchun to'liq integratsiyalangan qabul qiluvchilar kabi ilovalar, ayniqsa, WPT uchun kichik elektr antennalardan foydalanishdan foyda ko'radi.
Kichkina antennaning yuqori induktiv impedansi (rezonansga yaqin) rektifikatorni to'g'ridan-to'g'ri ulash uchun yoki qo'shimcha chipdagi sig'imli mos keladigan tarmoq bilan ishlatilishi mumkin. Gyuygens dipol antennalaridan foydalangan holda LP va CP chastotasi 1 gigagertsdan past bo'lgan WPTda elektr jihatdan kichik antennalar qayd etilgan, ka=0,645, ka=5,91 esa oddiy dipollarda (ka=2pr/l0).
2. Rektifikator konjugatli antenna
Diyotning odatiy kirish empedansi yuqori sig'imga ega, shuning uchun konjugat impedansiga erishish uchun induktiv antenna talab qilinadi. Chipning sig'imli empedansi tufayli RFID teglarida yuqori impedansli induktiv antennalar keng qo'llanilgan. Dipol antennalar yaqinda murakkab impedansli RFID antennalarida tendentsiyaga aylandi, ular rezonans chastotasi yaqinida yuqori empedans (qarshilik va reaktivlik) ko'rsatadi.
Qiziqarli chastota diapazonidagi rektifikatorning yuqori sig'imiga mos kelish uchun induktiv dipol antennalar ishlatilgan. Katlangan dipol antennada er-xotin qisqa chiziq (dipol katlama) empedans transformatori rolini o'ynaydi, bu juda yuqori empedansli antennani loyihalash imkonini beradi. Shu bilan bir qatorda, noto'g'ri ovqatlanish induktiv reaktivlikni va haqiqiy empedansni oshirish uchun javobgardir. Ko'p yo'naltirilgan dipol elementlarni muvozanatsiz kamon bog'langan radial stendlar bilan birlashtirish ikki tomonlama keng polosali yuqori empedansli antennani hosil qiladi. 4-rasmda ba'zi xabar qilingan rektifikator konjugat antennalari ko'rsatilgan.
4-rasm
RFEH va WPTda radiatsiya xususiyatlari
Friis modelida transmitterdan d masofada joylashgan antenna tomonidan qabul qilingan quvvat PRX qabul qiluvchi va uzatuvchi daromadlarining (GRX, GTX) bevosita funktsiyasidir.
Antennaning asosiy lob yo'nalishi va polarizatsiyasi to'g'ridan-to'g'ri tushayotgan to'lqindan to'plangan quvvat miqdoriga ta'sir qiladi. Antenna radiatsiya xarakteristikalari atrof-muhit RFEH va WPT o'rtasidagi farq qiluvchi asosiy parametrlardir (5-rasm). Ikkala dasturda ham tarqalish muhiti noma'lum bo'lishi mumkin va uning qabul qilingan to'lqinga ta'sirini hisobga olish kerak bo'lsa-da, uzatuvchi antenna haqidagi bilimlardan foydalanish mumkin. 3-jadvalda ushbu bo'limda muhokama qilingan asosiy parametrlar va ularning RFEH va WPT uchun qo'llanilishi aniqlangan.
5-rasm
1. Direktivlik va daromad
Ko'pgina RFEH va WPT ilovalarida kollektor tushayotgan nurlanish yo'nalishini bilmaydi va ko'rish chizig'i (LoS) yo'q deb taxmin qilinadi. Ushbu ishda transmitter va qabul qiluvchi o'rtasidagi asosiy lobning moslashuvidan qat'i nazar, noma'lum manbadan olingan quvvatni maksimal darajada oshirish uchun bir nechta antenna dizayni va joylashuvi tekshirildi.
Ko'p yo'nalishli antennalar atrof-muhit RFEH rektenalarida keng qo'llanilgan. Adabiyotda PSD antennaning yo'nalishiga qarab o'zgaradi. Biroq, quvvatning o'zgarishi tushuntirilmagan, shuning uchun o'zgarish antennaning radiatsiya naqshiga bog'liqmi yoki polarizatsiya mos kelmasligi sababli aniqlash mumkin emas.
RFEH ilovalariga qo'shimcha ravishda, past chastotali quvvat zichligi yig'ish samaradorligini oshirish yoki tarqalish yo'qotishlarini bartaraf etish uchun mikroto'lqinli WPT uchun yuqori daromadli yo'nalishli antennalar va massivlar keng tarqalgan. Yagi-Uda rectenna massivlari, kamon massivlari, spiral massivlar, bir-biriga mahkam bog'langan Vivaldi massivlari, CPW CP massivlari va yamoq massivlari ma'lum bir hududda sodir bo'lgan quvvat zichligini maksimal darajada oshirishi mumkin bo'lgan kengaytiriladigan rectenna ilovalari qatoriga kiradi. Antenna daromadini yaxshilashning boshqa yondashuvlari mikroto'lqinli va millimetrli to'lqin diapazonlarida WPT uchun xos bo'lgan substrat integratsiyalashgan to'lqin qo'llanmasi (SIW) texnologiyasini o'z ichiga oladi. Biroq, yuqori daromadli rektenalar tor nur kengligi bilan ajralib turadi, bu esa o'zboshimchalik bilan yo'nalishda to'lqinlarni qabul qilishni samarasiz qiladi. Antenna elementlari va portlar soni bo'yicha o'tkazilgan tekshiruvlar shuni ko'rsatdiki, yuqori yo'nalish uch o'lchovli o'zboshimchalik bilan sodir bo'lganda, atrof-muhitdagi RFEHda yuqori yig'ilgan quvvatga mos kelmaydi; Bu shahar sharoitida dala o'lchovlari bilan tasdiqlangan. Yuqori daromadli massivlar WPT ilovalari bilan cheklanishi mumkin.
Yuqori daromadli antennalarning afzalliklarini o'zboshimchalik bilan RFEHlarga o'tkazish uchun yo'naltirish muammosini bartaraf etish uchun qadoqlash yoki joylashtirish echimlari qo'llaniladi. Atrofdagi Wi-Fi RFEH-lardan ikki yo'nalishda energiya yig'ish uchun ikkita yamoqli antenna bilaguzuk taklif etiladi. Atrof-muhit uyali RFEH antennalari, shuningdek, 3D qutilar sifatida ishlab chiqilgan va tizim maydonini qisqartirish va ko'p yo'nalishli yig'ishni ta'minlash uchun tashqi yuzalarga bosilgan yoki yopishtirilgan. Kubik rektenna tuzilmalari atrof-muhitdagi RFEHlarda energiya olishning yuqori ehtimolini namoyish etadi.
Yordamchi parazit patch elementlarini o'z ichiga olgan nur kengligini oshirish uchun antenna dizaynini takomillashtirish 2,4 gigagertsli, 4 × 1 massivlarda WPT ni yaxshilash uchun amalga oshirildi. Har bir port uchun bir nechta nurlarni namoyish qiluvchi bir nechta nurli hududlarga ega 6 gigagertsli tarmoqli antenna ham taklif qilindi. Ko'p yo'nalishli va ko'p qutbli RFEH uchun ko'p portli, ko'p rektifikatorli sirt rektenalari va ko'p yo'nalishli radiatsiya naqshlari bilan energiya yig'uvchi antennalar taklif qilingan. Yuqori daromadli, ko'p yo'nalishli energiya yig'ish uchun nur hosil qiluvchi matritsalar va ko'p portli antenna massivlariga ega ko'p rektifikatorlar ham taklif qilingan.
Xulosa qilib aytganda, past chastotali zichlikdan olingan quvvatni yaxshilash uchun yuqori daromadli antennalar afzal bo'lsa-da, yuqori yo'nalishli qabul qiluvchilar transmitter yo'nalishi noma'lum bo'lgan ilovalarda ideal bo'lmasligi mumkin (masalan, noma'lum tarqalish kanallari orqali atrof-muhit RFEH yoki WPT). Ushbu ishda ko'p yo'nalishli yuqori daromadli WPT va RFEH uchun bir nechta ko'p nurli yondashuvlar taklif etiladi.
2. Antennaning polarizatsiyasi
Antennaning polarizatsiyasi elektr maydon vektorining antennaning tarqalish yo'nalishiga nisbatan harakatini tavsiflaydi. Polarizatsiyaning mos kelmasligi, hatto asosiy lob yo'nalishlari tekislangan bo'lsa ham, antennalar o'rtasida uzatish/qabul qilishning pasayishiga olib kelishi mumkin. Misol uchun, uzatish uchun vertikal LP antenna va qabul qilish uchun gorizontal LP antenna ishlatilsa, hech qanday quvvat olinmaydi. Ushbu bo'limda simsiz qabul qilish samaradorligini oshirish va qutblanish mos kelmasligini yo'qotishning oldini olish uchun hisobot usullari ko'rib chiqiladi. Polarizatsiya bo'yicha tavsiya etilgan rektenna arxitekturasining qisqacha tavsifi 6-rasmda va SoA misoli 4-jadvalda keltirilgan.
6-rasm
Uyali aloqada tayanch stantsiyalar va mobil telefonlar o'rtasida chiziqli polarizatsiya moslashuviga erishish dargumon, shuning uchun tayanch stansiya antennalari qutblanishning mos kelmasligi yo'qolishining oldini olish uchun ikki polarizatsiyalangan yoki ko'p polarizatsiyalangan bo'lishi uchun mo'ljallangan. Biroq, ko'p yo'nalishli effektlar tufayli LP to'lqinlarining qutblanish o'zgarishi hal qilinmagan muammo bo'lib qolmoqda. Ko'p polarizatsiyalangan mobil tayanch stantsiyalar faraziga asoslanib, uyali RFEH antennalari LP antennalari sifatida ishlab chiqilgan.
CP rektenalari asosan WPTda qo'llaniladi, chunki ular mos kelmaslikka nisbatan chidamli. CP antennalari barcha LP to'lqinlariga qo'shimcha ravishda quvvatni yo'qotmasdan bir xil aylanish yo'nalishi (chap yoki o'ng qo'l CP) bilan CP nurlanishini qabul qila oladi. Har qanday holatda, CP antennasi uzatadi va LP antennasi 3 dB yo'qotish bilan qabul qiladi (50% quvvat yo'qotilishi). CP rektenalari 900 MGts va 2,4 gigagertsli va 5,8 gigagertsli sanoat, ilmiy va tibbiy diapazonlar hamda millimetrli to'lqinlar uchun javob beradi. O'zboshimchalik bilan qutblangan to'lqinlarning RFEH-da polarizatsiya xilma-xilligi qutblanishning mos kelmasligi yo'qotishlarining potentsial yechimini ifodalaydi.
To'liq polarizatsiya, shuningdek, ko'p polarizatsiya sifatida ham tanilgan, polarizatsiya nomuvofiqligi yo'qotishlarini to'liq bartaraf etish uchun taklif qilingan, bu ikkala CP va LP to'lqinlarini to'plashni ta'minlaydi, bu erda ikkita ikkita qutblangan ortogonal LP elementi barcha LP va CP to'lqinlarini samarali qabul qiladi. Buni tasvirlash uchun vertikal va gorizontal aniq kuchlanishlar (VV va VH) qutblanish burchagidan qat'iy nazar doimiy bo'lib qoladi:
CP elektromagnit to'lqini "E" elektr maydoni, bu erda quvvat ikki marta (birlik uchun bir marta) yig'iladi, shu bilan CP komponentini to'liq oladi va 3 dB polarizatsiya mos kelmasligini yo'qotadi:
Nihoyat, DC kombinatsiyasi orqali o'zboshimchalik bilan qutblanishning tushuvchi to'lqinlarini olish mumkin. 7-rasmda to'liq qutblangan rektenaning geometriyasi ko'rsatilgan.
7-rasm
Xulosa qilib aytganda, maxsus quvvat manbalari bo'lgan WPT ilovalarida CP afzallik beriladi, chunki u antennaning qutblanish burchagidan qat'iy nazar WPT samaradorligini oshiradi. Boshqa tomondan, ko'p manbali sotib olishda, ayniqsa atrof-muhit manbalaridan, to'liq polarizatsiyalangan antennalar yaxshiroq umumiy qabul qilish va maksimal portativlikka erishishi mumkin; RF yoki DCda to'liq polarizatsiyalangan quvvatni birlashtirish uchun ko'p portli / ko'p rektifikatorli arxitektura talab qilinadi.
Xulosa
Ushbu maqola RFEH va WPT uchun antenna dizaynidagi so'nggi yutuqlarni ko'rib chiqadi va RFEH va WPT uchun antenna dizaynining oldingi adabiyotlarda taklif etilmagan standart tasnifini taklif qiladi. Yuqori RF-to-DC samaradorligiga erishish uchun uchta asosiy antenna talablari aniqlandi:
1. Qiziqarli RFEH va WPT diapazonlari uchun antenna rektifikatorining empedansining tarmoqli kengligi;
2. WPT-da uzatuvchi va qabul qiluvchi o'rtasidagi asosiy lobning moslashuvi maxsus beslemedan;
3. Burchak va joylashuvdan qat'i nazar, to'g'ri chiziq va tushuvchi to'lqin o'rtasidagi polarizatsiya moslashuvi.
Empedans asosida rektenalar 50Ō va rektifikator konjugatli rektenalarga bo'linadi, bunda asosiy e'tibor turli bantlar va yuklar orasidagi impedans moslashuviga va har bir mos keladigan usulning samaradorligiga qaratilgan.
SoA rektenalarining radiatsiyaviy xarakteristikalari yo'nalish va polarizatsiya nuqtai nazaridan ko'rib chiqildi. Dar nur kengligini yengish uchun beamforming va qadoqlash orqali daromadni yaxshilash usullari muhokama qilinadi. Va nihoyat, WPT va RFEH uchun polarizatsiyadan mustaqil qabul qilish uchun turli xil ilovalar bilan bir qatorda WPT uchun CP rektenalari ko'rib chiqiladi.
Antennalar haqida ko'proq ma'lumot olish uchun tashrif buyuring:
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 16-avgust
