Ko-disinn tal-Antenna-Rettifikatur
Il-karatteristika tar-rectennas li jsegwu t-topoloġija EG fil-Figura 2 hija li l-antenna hija mqabbla direttament mar-rettifikatur, aktar milli mal-istandard ta' 50Ω, li jirrikjedi li jiġi minimizzat jew eliminat iċ-ċirkwit ta' tqabbil biex iħaddem ir-rettifikatur. Din it-taqsima tirrevedi l-vantaġġi tar-rectennas SoA b'antenni mhux ta' 50Ω u r-rectennas mingħajr netwerks ta' tqabbil.
1. Antenni Żgħar bl-Elettriku
L-antenni taċ-ċirku reżonanti LC intużaw ħafna f'applikazzjonijiet fejn id-daqs tas-sistema huwa kritiku. Fi frekwenzi taħt l-1 GHz, it-tul tal-mewġa jista' jikkawża li l-antenni standard tal-elementi distribwiti jokkupaw aktar spazju mid-daqs ġenerali tas-sistema, u applikazzjonijiet bħal transceivers integrati bis-sħiħ għal impjanti tal-ġisem jibbenefikaw b'mod partikolari mill-użu ta' antenni elettrikament żgħar għal WPT.
L-impedenza induttiva għolja tal-antenna żgħira (qrib ir-reżonanza) tista' tintuża biex tqabbad direttament ir-rettifikatur jew ma' netwerk addizzjonali ta' tqabbil kapaċittiv on-chip. Antenni elettrikament żgħar ġew irrappurtati f'WPT b'LP u CP taħt 1 GHz bl-użu ta' antenni dipole Huygens, b'ka=0.645, filwaqt li ka=5.91 f'dipoli normali (ka=2πr/λ0).
2. Antenna konjugata tar-rettifikatur
L-impedenza tipika tad-dħul ta' dijodu hija kapaċittiva ħafna, għalhekk antenna induttiva hija meħtieġa biex tinkiseb impedenza konjugata. Minħabba l-impedenza kapaċittiva taċ-ċippa, antenni induttivi b'impedenza għolja ntużaw ħafna fit-tikketti RFID. L-antenni dipole reċentement saru xejra fl-antenni RFID b'impedenza kumplessa, u juru impedenza għolja (reżistenza u reattanza) qrib il-frekwenza reżonanti tagħhom.
Antenni dipole induttivi ntużaw biex jaqblu mal-kapaċitanza għolja tar-rettifikatur fil-medda ta' frekwenza ta' interess. F'antenna dipole mitwija, il-linja qasira doppja (tiwi tad-dipole) taġixxi bħala transformer tal-impedenza, li tippermetti d-disinn ta' antenna b'impedenza estremament għolja. Alternattivament, l-alimentazzjoni tal-polarizzazzjoni hija responsabbli għaż-żieda tar-reattanza induttiva kif ukoll tal-impedenza attwali. Il-kombinazzjoni ta' elementi dipole preġudikati multipli ma' stubs radjali bow-tie żbilanċjati tifforma antenna broadband doppja b'impedenza għolja. Il-Figura 4 turi xi antenni konjugati tar-rettifikatur irrappurtati.
Figura 4
Karatteristiċi tar-radjazzjoni f'RFEH u WPT
Fil-mudell Friis, il-qawwa PRX riċevuta minn antenna f'distanza d mit-trasmettitur hija funzjoni diretta tal-qligħ tar-riċevitur u tat-trasmettitur (GRX, GTX).
Id-direttività u l-polarizzazzjoni tal-lobu prinċipali tal-antenna jħallu impatt dirett fuq l-ammont ta' enerġija miġbura mill-mewġa inċidentali. Il-karatteristiċi tar-radjazzjoni tal-antenna huma parametri ewlenin li jiddistingwu bejn RFEH ambjentali u WPT (Figura 5). Filwaqt li fiż-żewġ applikazzjonijiet il-mezz ta' propagazzjoni jista' ma jkunx magħruf u l-effett tiegħu fuq il-mewġa riċevuta jeħtieġ li jiġi kkunsidrat, l-għarfien tal-antenna li tittrażmetti jista' jiġi sfruttat. It-Tabella 3 tidentifika l-parametri ewlenin diskussi f'din it-taqsima u l-applikabbiltà tagħhom għal RFEH u WPT.
Figura 5
1. Direttività u Qligħ
Fil-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet RFEH u WPT, huwa preżunt li l-kollettur ma jafx id-direzzjoni tar-radjazzjoni inċidentali u m'hemm l-ebda mogħdija line-of-sight (LoS). F'dan ix-xogħol, ġew investigati disinji u pożizzjonijiet multipli ta' antenni biex jiġi massimizzat l-enerġija riċevuta minn sors mhux magħruf, indipendentement mill-allinjament tal-lobu prinċipali bejn it-trasmettitur u r-riċevitur.
Antenni omnidirezzjonali ntużaw ħafna f'rectennas RFEH ambjentali. Fil-letteratura, il-PSD ivarja skont l-orjentazzjoni tal-antenna. Madankollu, il-varjazzjoni fil-qawwa ma ġietx spjegata, għalhekk mhux possibbli li jiġi determinat jekk il-varjazzjoni hijiex dovuta għall-mudell tar-radjazzjoni tal-antenna jew minħabba nuqqas ta' qbil fil-polarizzazzjoni.
Minbarra l-applikazzjonijiet tal-RFEH, antenni u matriċi direzzjonali b'qligħ għoli ġew irrappurtati b'mod wiesa' għall-WPT tal-microwave biex itejbu l-effiċjenza tal-ġbir ta' densità baxxa ta' qawwa RF jew jegħlbu t-telf ta' propagazzjoni. Matriċi Yagi-Uda rectenna, matriċi bowtie, matriċi spirali, matriċi Vivaldi akkoppjati sew, matriċi CPW CP, u matriċi patch huma fost l-implimentazzjonijiet skalabbli tar-rectenna li jistgħu jimmassimizzaw id-densità tal-qawwa inċidentali taħt ċerta żona. Approċċi oħra biex itejbu l-qligħ tal-antenna jinkludu t-teknoloġija tal-gwida tal-mewġ integrata tas-sottostrat (SIW) f'meded ta' mewġ tal-microwave u millimetru, speċifiċi għall-WPT. Madankollu, ir-rectennas b'qligħ għoli huma kkaratterizzati minn wisa' tar-raġġ dojoq, li jagħmlu r-riċeviment ta' mewġ f'direzzjonijiet arbitrarji ineffiċjenti. Investigazzjonijiet fin-numru ta' elementi u portijiet tal-antenna kkonkludew li direttività ogħla ma tikkorrispondix għal qawwa miġbura ogħla f'RFEH ambjentali jekk wieħed jassumi inċidenza arbitrarja tridimensjonali; dan ġie vverifikat permezz ta' kejl fuq il-post f'ambjenti urbani. Matriċi b'qligħ għoli jistgħu jkunu limitati għal applikazzjonijiet tal-WPT.
Biex il-benefiċċji ta' antenni b'qligħ għoli jiġu trasferiti għal RFEHs arbitrarji, soluzzjonijiet ta' ppakkjar jew tqassim huma utilizzati biex tingħeleb il-kwistjoni tad-direttività. Qed jiġi propost wristband ta' antenna b'garża doppja biex jiġbor l-enerġija minn RFEHs Wi-Fi ambjentali f'żewġ direzzjonijiet. Antenni RFEH ċellulari ambjentali huma wkoll iddisinjati bħala kaxxi 3D u stampati jew imwaħħla ma' uċuħ esterni biex inaqqsu l-erja tas-sistema u jippermettu ħsad multidirezzjonali. Strutturi kubiċi rectenna juru probabbiltà ogħla ta' riċeviment ta' enerġija f'RFEHs ambjentali.
Sar titjib fid-disinn tal-antenna biex tiżdied il-wisa' tar-raġġ, inklużi elementi awżiljarji ta' garża parassitika, biex tittejjeb id-WPT f'2.4 GHz, matriċi ta' 4 × 1. Ġiet proposta wkoll antenna b'malja ta' 6 GHz b'reġjuni multipli ta' raġġ, li turi raġġi multipli għal kull port. Rettifikaturi tal-wiċċ b'ħafna portijiet u rettifikaturi multipli u antenni li jiġbru l-enerġija b'mudelli ta' radjazzjoni omnidirezzjonali ġew proposti għal RFEH multidirezzjonali u multipolarizzat. Rettifikaturi multipli b'matriċi li jiffurmaw ir-raġġ u matriċi ta' antenni b'ħafna portijiet ġew proposti wkoll għall-ġbir tal-enerġija b'qligħ għoli u multidirezzjonali.
Fil-qosor, filwaqt li antenni b'qligħ għoli huma preferuti biex itejbu l-qawwa miġbura minn densitajiet baxxi ta' RF, riċevituri direzzjonali ħafna jistgħu ma jkunux ideali f'applikazzjonijiet fejn id-direzzjoni tat-trasmettitur mhix magħrufa (eż., RFEH ambjentali jew WPT permezz ta' kanali ta' propagazzjoni mhux magħrufa). F'dan ix-xogħol, huma proposti approċċi multipli b'ħafna raġġi għal WPT u RFEH b'qligħ għoli multidirezzjonali.
2. Polarizzazzjoni tal-Antenna
Il-polarizzazzjoni tal-antenna tiddeskrivi l-moviment tal-vettur tal-kamp elettriku relattiv għad-direzzjoni tal-propagazzjoni tal-antenna. Nuqqas ta' qbil fil-polarizzazzjoni jista' jwassal għal tnaqqis fit-trażmissjoni/riċeviment bejn l-antenni anke meta d-direzzjonijiet tal-lobu prinċipali jkunu allinjati. Pereżempju, jekk tintuża antenna LP vertikali għat-trażmissjoni u tintuża antenna LP orizzontali għar-riċeviment, l-ebda enerġija ma tiġi riċevuta. F'din it-taqsima, jiġu riveduti metodi rrappurtati biex tiġi massimizzata l-effiċjenza tar-riċeviment mingħajr fili u biex jiġi evitat telf minħabba nuqqas ta' qbil fil-polarizzazzjoni. Sommarju tal-arkitettura rectenna proposta fir-rigward tal-polarizzazzjoni jingħata fil-Figura 6 u eżempju ta' SoA jingħata fit-Tabella 4.
Figura 6
Fil-komunikazzjonijiet ċellulari, l-allinjament tal-polarizzazzjoni lineari bejn l-istazzjonijiet bażi u t-telefowns ċellulari x'aktarx ma jintlaħaqx, għalhekk l-antenni tal-istazzjonijiet bażi huma ddisinjati biex ikunu polarizzati doppjament jew multi-polarizzati biex jevitaw telf minħabba nuqqas ta' qbil fil-polarizzazzjoni. Madankollu, il-varjazzjoni fil-polarizzazzjoni tal-mewġ LP minħabba effetti ta' mogħdijiet multipli tibqa' problema mhux solvuta. Abbażi tas-suppożizzjoni ta' stazzjonijiet bażi mobbli multipolarizzati, l-antenni ċellulari RFEH huma ddisinjati bħala antenni LP.
Ir-rectennas CP jintużaw l-aktar fid-WPT għaliex huma relattivament reżistenti għan-nuqqas ta' qbil. L-antenni CP huma kapaċi jirċievu radjazzjoni CP bl-istess direzzjoni ta' rotazzjoni (CP għax-xellug jew għall-lemin) flimkien mal-mewġ LP kollha mingħajr telf ta' enerġija. Fi kwalunkwe każ, l-antenna CP tittrażmetti u l-antenna LP tirċievi b'telf ta' 3 dB (50% telf ta' enerġija). Ir-rectennas CP huma rrappurtati li huma adattati għal meded industrijali, xjentifiċi u mediċi ta' 900 MHz u 2.4 GHz u 5.8 GHz kif ukoll mewġ millimetru. Fl-RFEH ta' mewġ polarizzat arbitrarjament, id-diversità tal-polarizzazzjoni tirrappreżenta soluzzjoni potenzjali għat-telf minħabba n-nuqqas ta' qbil tal-polarizzazzjoni.
Polarizzazzjoni sħiħa, magħrufa wkoll bħala multi-polarizzazzjoni, ġiet proposta biex tegħleb kompletament it-telf ta' żbilanċ fil-polarizzazzjoni, li tippermetti l-ġbir kemm tal-mewġ CP kif ukoll tal-mewġ LP, fejn żewġ elementi LP ortogonali b'polarizzazzjoni doppja jirċievu b'mod effettiv il-mewġ LP u CP kollha. Biex nispjegaw dan, il-vultaġġi netti vertikali u orizzontali (VV u VH) jibqgħu kostanti irrispettivament mill-angolu tal-polarizzazzjoni:
Kamp elettriku "E" tal-mewġa elettromanjetika CP, fejn l-enerġija tinġabar darbtejn (darba għal kull unità), u b'hekk tirċievi kompletament il-komponent CP u tegħleb it-telf ta' żbilanċ fil-polarizzazzjoni ta' 3 dB:
Fl-aħħar nett, permezz ta' kombinazzjoni ta' DC, jistgħu jiġu riċevuti mewġ inċidentali ta' polarizzazzjoni arbitrarja. Il-Figura 7 turi l-ġeometrija tar-rectenna polarizzata kompletament irrappurtata.
Figura 7
Fil-qosor, f'applikazzjonijiet WPT b'provvisti ta' enerġija ddedikati, is-CP huwa preferut għaliex itejjeb l-effiċjenza WPT irrispettivament mill-angolu ta' polarizzazzjoni tal-antenna. Min-naħa l-oħra, fl-akkwist minn sorsi multipli, speċjalment minn sorsi ambjentali, antenni polarizzati kompletament jistgħu jiksbu riċeviment ġenerali aħjar u portabbiltà massima; arkitetturi b'ħafna portijiet/rettifikaturi multipli huma meħtieġa biex jikkombinaw enerġija polarizzata kompletament f'RF jew DC.
Sommarju
Dan id-dokument jirrevedi l-progress reċenti fid-disinn tal-antenna għall-RFEH u l-WPT, u jipproponi klassifikazzjoni standard tad-disinn tal-antenna għall-RFEH u l-WPT li ma ġietx proposta fil-letteratura preċedenti. Ġew identifikati tliet rekwiżiti bażiċi tal-antenna biex tinkiseb effiċjenza għolja minn RF għal DC bħala:
1. Il-bandwidth tal-impedenza tar-rettifikatur tal-antenna għall-meded RFEH u WPT ta' interess;
2. Allinjament tal-lobu prinċipali bejn it-trasmettitur u r-riċevitur f'WPT minn provvista ddedikata;
3. Tqabbil tal-polarizzazzjoni bejn ir-rectenna u l-mewġa inċidentali irrispettivament mill-angolu u l-pożizzjoni.
Ibbażati fuq l-impedenza, ir-rectennas huma kklassifikati f'50Ω u rectennas konjugati tar-rettifikatur, b'enfasi fuq it-tqabbil tal-impedenza bejn baned u tagħbijiet differenti u l-effiċjenza ta' kull metodu ta' tqabbil.
Il-karatteristiċi tar-radjazzjoni tar-rectennas SoA ġew riveduti mill-perspettiva tad-direttività u l-polarizzazzjoni. Jiġu diskussi metodi biex tittejjeb il-qligħ permezz tal-formazzjoni tar-raġġi u l-ippakkjar biex tingħeleb il-wisa' dejqa tar-raġġi. Fl-aħħar nett, jiġu riveduti r-rectennas CP għad-WPT, flimkien ma' diversi implimentazzjonijiet biex tinkiseb riċeviment indipendenti mill-polarizzazzjoni għad-WPT u l-RFEH.
Biex titgħallem aktar dwar l-antenni, jekk jogħġbok żur:
Ħin tal-posta: 16 ta' Awwissu 2024
