Антенна-түзөткүчтүн биргелешкен дизайны
2-сүрөттөгү EG топологиясынан кийинки ректенналардын өзгөчөлүгү антенна 50Ω стандартына эмес, түзөткүчкө түздөн-түз дал келет, бул түзөткүчтү кубаттандыруу үчүн дал келген схеманы минималдаштырууну же жок кылууну талап кылат. Бул бөлүмдө 50Ω эмес антенналары бар SoA ректенналарынын жана дал келген тармактары жок ректенналардын артыкчылыктары каралат.
1. Электрдик кичинекей антенналар
LC резонанстык шакек антенналары системанын көлөмү өтө маанилүү болгон колдонмолордо кеңири колдонулат. 1 ГГцтен төмөн жыштыктарда толкун узундугу стандарттуу бөлүштүрүлгөн элемент антенналарынын системанын жалпы көлөмүнөн көбүрөөк орун ээлешине алып келиши мүмкүн жана дене импланттары үчүн толугу менен интеграцияланган трансиверлер сыяктуу тиркемелер WPT үчүн электрдик кичинекей антенналарды колдонуудан өзгөчө пайда алышат.
Кичинекей антеннанын жогорку индуктивдүү импедансы (резонанска жакын) түзтүүчүнү түздөн-түз жупташтыруу үчүн же кошумча чиптеги сыйымдуулук дал келүүчү тармак менен колдонсо болот. Гюйгенс диполь антенналарын колдонуу менен LP жана CP 1 ГГц төмөн WPTде электрдик жактан кичинекей антенналар кабарланган, ка=0,645, ал эми ка=5,91 кадимки диполдордо (ka=2πr/λ0).
2. Түзөтүүчү конъюгациялык антенна
Диоддун типтүү кириш импедансы өтө сыйымдуулукка ээ, ошондуктан конъюгаттык импеданска жетүү үчүн индуктивдүү антенна талап кылынат. Чиптин сыйымдуулугунан улам, жогорку импеданс индуктивдүү антенналар RFID тэгдеринде кеңири колдонулган. Диполдук антенналар жакында резонанстык жыштыгына жакын жогорку импедансты (каршылык жана реактивдүүлүк) көрсөтүп, татаал импеданс RFID антенналарынын тенденциясы болуп калды.
Индуктивдүү диполдук антенналар кызыктырган жыштык тилкесиндеги түзөткүчтүн жогорку сыйымдуулугуна дал келүү үчүн колдонулган. Бүктөлгөн диполдук антеннада кош кыска сызык (диполь бүктөлүшү) өтө жогорку импеданс антеннасын долбоорлоого мүмкүндүк берүүчү импеданс трансформаторунун милдетин аткарат. Же болбосо, бир тараптуу азыктандыруу индуктивдүү реактивдүүлүктү, ошондой эле чыныгы импедансты жогорулатуу үчүн жооптуу. Бир нече объективдүү диполдук элементтерди тең салмактуу эмес бантик радиалдык түйүндөрү менен айкалыштыруу кош кең тилкелүү жогорку импеданс антеннасын түзөт. 4-сүрөттө айрым билдирилген түзөтүүчү конъюгациялык антенналар көрсөтүлгөн.
4-сүрөт
RFEH жана WPT радиациялык мүнөздөмөлөрү
Friis моделинде, өткөргүчтөн d аралыкта антенна тарабынан кабыл алынган PRX кубаттуулугу кабыл алгычтын жана өткөргүчтүн пайдасынын (GRX, GTX) түз милдети болуп саналат.
Антеннанын негизги лоб багыттуулугу жана поляризациясы түшкөн толкундан чогултулган кубаттуулуктун көлөмүнө түздөн-түз таасир этет. Антеннанын нурлануусунун мүнөздөмөлөрү айланадагы RFEH менен WPTти айырмалоочу негизги параметрлер болуп саналат (5-сүрөт). Эки тиркемеде тең таралуу чөйрөсү белгисиз болушу мүмкүн жана анын кабыл алынган толкунга тийгизген таасирин эске алуу керек болсо да, берүү антеннасы жөнүндө билимди колдонсо болот. Таблица 3 бул бөлүмдө талкууланган негизги параметрлерди жана алардын RFEH жана WPT үчүн колдонулушун аныктайт.
5-сүрөт
1. Багыттоо жана пайда
Көпчүлүк RFEH жана WPT колдонмолорунда коллектор түшкөн нурлануунун багытын билбейт жана көрүү линиясынын (LoS) жолу жок деп болжолдонот. Бул иште антенналардын бир нече конструкциялары жана жайгаштыруулары белгисиз булактан алынган кубаттуулукту максималдуу көбөйтүү үчүн, өткөргүч менен кабылдагычтын ортосундагы негизги лоб тегиздөөсүнө көз карандысыз изилденген.
Көп багыттуу антенналар экологиялык RFEH ректенналарында кеңири колдонулган. Адабиятта PSD антеннанын багытына жараша өзгөрөт. Бирок, кубаттуулуктун өзгөрүшү түшүндүрүлгөн эмес, ошондуктан вариация антеннанын нурлануу үлгүсүнөн уламбы же поляризациянын дал келбегендигинен уламбы, аныктоо мүмкүн эмес.
RFEH тиркемелеринен тышкары, микротолкундуу WPT үчүн RF кубаттуулугунун тыгыздыгын чогултуу натыйжалуулугун жогорулатуу же таралуу жоготууларын жеңүү үчүн жогорку кирешелүү багыттуу антенналар жана массивдер кеңири кабарланган. Яги-Уда ректенна массивдери, бантик массивдери, спиралдык массивдер, тыгыз байланышкан Vivaldi массивдери, CPW CP массивдери жана патч массивдери белгилүү бир аймактагы кубаттуулуктун тыгыздыгын максималдуу кеңейте турган масштабдуу ректеннанын ишке ашырууларынын бири болуп саналат. Антеннаны жогорулатуунун башка ыкмаларына микротолкундуу жана миллиметрдик толкун тилкелериндеги субстраттык интегралдык толкун өткөргүч (SIW) технологиясы, WPT үчүн мүнөздүү. Бирок, жогорку кирешелүү ректенналар тар нурлары менен мүнөздөлөт, бул толкундарды каалаган багытта кабыл алууну натыйжасыз кылат. Антенна элементтеринин жана порттордун саны боюнча иликтөөлөр үч өлчөмдүү ыктыярдуу инцидентти болжолдоп, жогорку багыттуулук RFEH чөйрөсүндөгү жогорку жыйналган кубаттуулукка дал келбейт деген тыянакка келди; бул шаардык чөйрөдө талаа өлчөөлөр менен тастыкталган. Жогорку пайда массивдери WPT тиркемелери менен чектелиши мүмкүн.
Жогорку кирешелүү антенналардын артыкчылыктарын ыктыярдуу RFEHтерге өткөрүп берүү үчүн, багыттоо маселесин чечүү үчүн таңгактоо же жайгашуу чечимдери колдонулат. Кош патчтуу антенна билериги эки багытта курчап турган Wi-Fi RFEHтерден энергияны алуу үчүн сунушталууда. Айланадагы уюлдук RFEH антенналары ошондой эле 3D кутучалары катары иштелип чыккан жана системанын аянтын кыскартуу жана көп багыттуу түшүмдү иштетүү үчүн тышкы беттерге басылган же чапталган. Кубдук ректенна структуралары чөйрөдөгү RFEHде энергияны кабыл алуу ыктымалдуулугун жогору көрсөтөт.
Жарыктын кеңдигин жогорулатуу үчүн антеннанын дизайнын өркүндөтүү, анын ичинде кошумча мите патч элементтери, 2,4 ГГц, 4 × 1 массивинде WPTти жакшыртуу үчүн жасалган. Бир нече нурлуу аймактары бар 6 ГГц сетка антеннасы да сунушталган, ар бир портко бир нече нурларды көрсөтүү. Көп багыттуу жана көп поляризацияланган RFEH үчүн көп порттуу, көп түздөөчү беттик ректенналар жана ар тараптуу нурлануу схемалары менен энергия чогултуучу антенналар сунушталган. Нур түзүүчү матрицалары жана көп порттуу антенналык массивдери бар көп түзөөчүлөр да жогорку кирешелүү, көп багыттуу энергия чогултуу үчүн сунушталган.
Жыйынтыктап айтканда, RF жыштыгы төмөн болгондон алынган кубаттуулукту жакшыртуу үчүн жогорку кирешелүү антенналарга артыкчылык берилгени менен, жогорку багыттагы кабыл алгычтар өткөргүчтүн багыты белгисиз болгон колдонмолордо идеалдуу болбой калышы мүмкүн (мисалы, айланадагы RFEH же WPT белгисиз таралуу каналдары аркылуу). Бул иште көп багыттуу жогорку кирешелүү WPT жана RFEH үчүн бир нече көп нурлуу ыкмалар сунушталат.
2. Антеннаны поляризациялоо
Антеннанын поляризациясы антеннанын таралуу багытына салыштырмалуу электр талаасынын векторунун кыймылын сүрөттөйт. Поляризациянын дал келбөөлөрү антенналардын ортосундагы өткөрүүнү/кабыл алуунун кыскарышына алып келиши мүмкүн, атүгүл негизги лоб багыттары тегизделгенде. Мисалы, вертикалдуу LP антеннасы берүү үчүн жана горизонталдуу LP антеннасы кабыл алуу үчүн колдонулса, эч кандай кубат алынбайт. Бул бөлүмдө зымсыз кабыл алуунун эффективдүүлүгүн жогорулатуу жана поляризациянын дал келбеген жоготууларын болтурбоо үчүн билдирилген ыкмалар каралат. Поляризацияга карата сунушталган ректенна архитектурасынын кыскача баяндамасы 6-сүрөттө жана SoA үлгүсү 4-таблицада келтирилген.
6-сүрөт
Уюлдук байланышта базалык станциялар менен уюлдук телефондордун ортосундагы сызыктуу поляризацияга жетишүү мүмкүн эмес, ошондуктан базалык станциянын антенналары поляризациянын дал келбеген жоготууларын болтурбоо үчүн кош поляризацияланган же көп поляризацияланган болуп иштелип чыккан. Бирок, көп жолдуу эффекттерден улам LP толкундарынын поляризациялык вариациясы чечилбеген маселе бойдон калууда. Көп поляризацияланган мобилдик базалык станциялардын болжолунун негизинде уюлдук RFEH антенналары LP антенналары катары иштелип чыккан.
CP ректенналары негизинен WPTде колдонулат, анткени алар дал келбөөчүлүккө салыштырмалуу туруктуу. CP антенналары бардык LP толкундарынан тышкары бир эле айлануу багыты менен (сол же оң колдуу CP) CP нурлануусун электр энергиясын жоготуусуз кабыл ала алышат. Кандай болгон күндө да, CP антеннасы өткөрөт жана LP антеннасы 3 дБ жоготуу менен кабыл алат (50% энергия жоготуу). CP ректенналары 900 МГц жана 2,4 ГГц жана 5,8 ГГц өнөр жай, илимий жана медициналык тилкелерге, ошондой эле миллиметрдик толкундарга ылайыктуу экендиги билдирилди. Өзүм билемдик менен поляризацияланган толкундардын RFEHинде поляризациянын көп түрдүүлүгү поляризациянын дал келбеген жоготууларынын потенциалдуу чечими болуп саналат.
Поляризациянын дал келбеген жоготууларын толугу менен жеңүү үчүн толук поляризация сунушталган, бул CP жана LP толкундарын чогултууга мүмкүндүк берет, мында эки эки поляризацияланган ортогоналдык LP элементтери бардык LP жана CP толкундарын эффективдүү кабыл алат. Муну көрсөтүү үчүн, вертикалдык жана горизонталдык таза чыңалуулар (VV жана VH) поляризация бурчуна карабастан туруктуу бойдон калат:
CP электромагниттик толкун "Е" электр талаасы, мында энергия эки жолу (бирдикке бир жолу) чогултулат, ошону менен CP компонентин толугу менен кабыл алат жана 3 дБ поляризациянын дал келбеген жоготуусун жеңет:
Акыр-аягы, DC айкалышы аркылуу, ыктыярдуу поляризациянын түшкөн толкундарын кабыл алууга болот. 7-сүрөт толугу менен поляризацияланган ректеннанын геометриясын көрсөтөт.
7-сүрөт
Кыскача айтканда, атайын кубаттуулугу бар WPT тиркемелеринде CP артыкчылыкка ээ, анткени ал антеннанын поляризациялык бурчуна карабастан WPT натыйжалуулугун жакшыртат. Башка жагынан алганда, көп булактан алууда, айрыкча, айлана-чөйрө булактарынан, толугу менен поляризацияланган антенналар жакшыраак жалпы кабыл алууга жана максималдуу көчүрүүгө жетише алат; RF же DC боюнча толук поляризацияланган кубаттуулукту айкалыштыруу үчүн көп порт/мульти-түзөткүч архитектура талап кылынат.
Жыйынтык
Бул документ RFEH жана WPT үчүн антенналарды долбоорлоодогу акыркы прогрессти карап чыгат жана RFEH жана WPT үчүн антенна дизайнынын мурунку адабияттарда сунушталбаган стандарттуу классификациясын сунуштайт. RF-то-ДКнын жогорку натыйжалуулугуна жетишүү үчүн үч негизги антенна талаптары аныкталган:
1. Кызыккан RFEH жана WPT тилкелери үчүн антеннаны түзөтүүчү импеданс өткөрүү жөндөмдүүлүгү;
2. Бөлүнгөн каналдан WPTдеги өткөргүч менен кабылдагычтын ортосундагы негизги лоб тегиздөө;
3. Ректенна менен түшкөн толкундун ортосундагы поляризациянын дал келиши бурчуна жана абалына карабастан.
Импеданстын негизинде ректенналар 50Ω жана түзөтүүчү конъюгациялык ректенналарга классификацияланат, мында ар кандай тилкелер менен жүктөрдүн ортосундагы импеданстын дал келишине жана ар бир дал келүүчү ыкманын натыйжалуулугуна көңүл бурулат.
SoA ректенналарынын радиациялык мүнөздөмөлөрү багыттуулук жана поляризациялык көз караштан каралып чыккан. Тар нурларды жеңүү үчүн нурлануу жана таңгактоо аркылуу пайданы жакшыртуу ыкмалары талкууланат. Акырында, WPT жана RFEH үчүн поляризациядан көз карандысыз кабыл алуу үчүн ар кандай ишке ашыруулар менен бирге WPT үчүн CP ректенналары каралат.
Антенналар тууралуу көбүрөөк билүү үчүн төмөнкүгө кириңиз:
Посттун убактысы: 16-август-2024
