Антенна-түзөткүч биргелешип долбоорлоо
2-сүрөттө көрсөтүлгөн EG топологиясын ээрчиген ректенналардын өзгөчөлүгү антенна түздөөчүгө түздөн-түз дал келгендигинде, ал эми 50Ω стандартына эмес, ал түзөткүчкө түздөн-түз дал келет, бул түзөткүчтү кубаттоо үчүн дал келүүчү схеманы минималдаштырууну же алып салууну талап кылат. Бул бөлүмдө 50Ω эмес антенналары бар SoA ректенналарынын жана дал келүүчү тармактары жок ректенналардын артыкчылыктары каралат.
1. Электрдик жактан кичинекей антенналар
LC резонанстык шакекче антенналары системанын өлчөмү өтө маанилүү болгон колдонмолордо кеңири колдонулуп келет. 1 ГГцден төмөн жыштыктарда толкун узундугу стандарттуу бөлүштүрүлгөн элемент антенналарынын системанын жалпы өлчөмүнө караганда көбүрөөк орун ээлешине алып келиши мүмкүн, ал эми дене имплантаттары үчүн толук интеграцияланган трансиверлер сыяктуу колдонмолор WPT үчүн электрдик жактан кичинекей антенналарды колдонуудан өзгөчө пайда көрөт.
Кичинекей антеннанын жогорку индуктивдүү импедансы (жакын резонанс) түзөткүчтү түздөн-түз туташтыруу же чиптеги кошумча сыйымдуулукту дал келтирүүчү тармак менен колдонулушу мүмкүн. Электрдик жактан кичинекей антенналар WPTде 1 ГГцден төмөн LP жана CP менен Гюйгенс диполь антенналарын колдонуу менен кабарланган, ka=0,645, ал эми кадимки диполдордо ka=5,91 (ka=2πr/λ0).
2. Түзөткүч конъюгат антеннасы
Диоддун типтүү киргизүү импедансы жогорку сыйымдуулукка ээ, ошондуктан конъюгат импеданска жетүү үчүн индуктивдүү антенна талап кылынат. Чиптин сыйымдуулук импедансынан улам, жогорку импеданстуу индуктивдүү антенналар RFID белгилеринде кеңири колдонулуп келет. Дипольдук антенналар акыркы убакта татаал импеданстуу RFID антенналарында трендге айланып, резонанстык жыштыгына жакын жерде жогорку импедансты (каршылык жана реактивдүүлүк) көрсөтүштү.
Индуктивдүү диполь антенналары кызыктырган жыштык тилкесиндеги түзөткүчтүн жогорку сыйымдуулугуна дал келүү үчүн колдонулган. Бүктөлгөн диполь антеннасында кош кыска линия (диполдук бүктөө) импеданс трансформатору катары иштейт, бул өтө жогорку импеданс антеннасын долбоорлоого мүмкүндүк берет. Же болбосо, кыйшайган берүү индуктивдүү реактивдүүлүктү, ошондой эле чыныгы импедансты жогорулатууга жооптуу. Бир нече кыйшайган диполь элементтерин тең салмаксыз бантик-радиалдык түтүктөр менен айкалыштыруу кош кең тилкелүү жогорку импеданс антеннасын түзөт. 4-сүрөттө кээ бир билдирилген түзөткүч конъюгат антенналары көрсөтүлгөн.
4-сүрөт
RFEH жана WPTдеги радиациялык мүнөздөмөлөр
Friis моделинде, өткөргүчтөн d аралыкта жайгашкан антенна тарабынан кабыл алынган PRX кубаттуулугу кабыл алгычтын жана өткөргүчтүн күчтөндүрүүлөрүнүн (GRX, GTX) түздөн-түз функциясы болуп саналат.
Антеннанын негизги бөлүгүнүн багыты жана поляризациясы түшкөн толкундан чогултулган кубаттуулуктун көлөмүнө түздөн-түз таасир этет. Антеннанын нурлануу мүнөздөмөлөрү айлана-чөйрөдөгү RFH жана WPTди айырмалаган негизги параметрлер болуп саналат (5-сүрөт). Эки колдонмодо тең таралуу чөйрөсү белгисиз болушу мүмкүн жана анын кабыл алынган толкунга тийгизген таасирин эске алуу керек болсо да, берүүчү антенна жөнүндө билимди пайдаланууга болот. 3-таблицада ушул бөлүмдө талкууланган негизги параметрлер жана алардын RFH жана WPTге колдонулушу көрсөтүлгөн.
5-сүрөт
1. Багыттоо жана пайда
Көпчүлүк RFEH жана WPT колдонмолорунда коллектор түшкөн нурлануунун багытын билбейт жана көрүү сызыгы (LoS) жок деп болжолдонот. Бул иште, өткөргүч менен кабыл алгычтын ортосундагы негизги бөлүктүн дал келүүсүнөн көз карандысыз, белгисиз булактан алынган кубаттуулукту максималдуу түрдө жогорулатуу үчүн бир нече антенналардын конструкциялары жана жайгаштыруулары изилденген.
Омни-багытталган антенналар айлана-чөйрөнүн RFEH ректенналарында кеңири колдонулуп келет. Адабиятта PSD антеннанын багытына жараша өзгөрөт. Бирок, кубаттуулуктун өзгөрүшү түшүндүрүлө элек, андыктан бул өзгөрүү антеннанын нурлануу схемасынанбы же поляризациянын дал келбестигиненби экенин аныктоо мүмкүн эмес.
RFH колдонмолорунан тышкары, төмөнкү RF кубаттуулугунун тыгыздыгын чогултуу натыйжалуулугун жогорулатуу же жайылуу жоготууларын жоюу үчүн микротолкундуу WPT үчүн жогорку күчөткүчтүү багыттоочу антенналар жана массивдер кеңири кабарланган. Яги-Уда ректенна массивдери, галстук массивдери, спираль массивдери, тыгыз байланышкан Vivaldi массивдери, CPW CP массивдери жана патч массивдери белгилүү бир аймакта түшкөн кубаттуулуктун тыгыздыгын максималдуу түрдө жогорулата турган масштабдуу ректенна ишке ашырууларынын катарына кирет. Антеннанын күчөтүүсүн жакшыртуунун башка ыкмаларына WPTге мүнөздүү болгон микротолкундуу жана миллиметрдик толкун тилкелериндеги субстраттык интеграцияланган толкун өткөргүч (SIW) технологиясы кирет. Бирок, жогорку күчөткүчтүү ректенналар тар нур кеңдиги менен мүнөздөлөт, бул каалаган багытта толкундарды кабыл алууну натыйжасыз кылат. Антенна элементтеринин жана портторунун санын изилдөө үч өлчөмдүү каалагандай түшүүнү эске алуу менен жогорку багытталуу айлана-чөйрөдөгү RFHде жогорку чогултулган кубаттуулукка туура келбейт деген тыянакка келди; бул шаардык чөйрөдөгү талаа өлчөөлөрү менен тастыкталды. Жогорку күчөткүчтүү массивдер WPT колдонмолору менен чектелиши мүмкүн.
Жогорку кубаттуулуктагы антенналардын артыкчылыктарын каалагандай RFHге өткөрүп берүү үчүн, багыттоо маселесин чечүү үчүн таңгактоо же жайгаштыруу чечимдери колдонулат. Айланадагы Wi-Fi RFHден энергияны эки багытта чогултуу үчүн кош патчтуу антенна билериги сунушталат. Айланадагы уюлдук RFH антенналары ошондой эле 3D кутучалар катары иштелип чыккан жана системанын аянтын азайтуу жана көп багыттуу чогултууга мүмкүндүк берүү үчүн тышкы беттерге басылып же жабыштырылган. Кубдук ректенна структуралары айланадагы RFHде энергияны кабыл алуунун жогорку ыктымалдуулугун көрсөтөт.
2,4 ГГц, 4 × 1 массивдеринде WPTди жакшыртуу үчүн антеннанын конструкциясына нурдун туурасын көбөйтүү үчүн жакшыртуулар киргизилди, анын ичинде кошумча паразиттик патч элементтери да бар. Ошондой эле, бир портто бир нече нурларды көрсөткөн бир нече нурлуу аймактары бар 6 ГГц тор антеннасы сунушталды. Көп багыттуу жана көп поляризацияланган RFEH үчүн көп багыттуу нурлануу үлгүлөрү бар көп порттуу, көп түзөткүчтүү беттик ректенналар жана энергия чогултуучу антенналар сунушталды. Жогорку кирешелүү, көп багыттуу энергия чогултуу үчүн нур түзүүчү матрицалары бар көп түзөткүчтөр жана көп порттуу антенна массивдери да сунушталды.
Кыскасы, төмөнкү жыштык тыгыздыгынан алынган кубаттуулукту жакшыртуу үчүн жогорку күчөткүчтүү антенналар артыкчылыктуу болсо да, жогорку багыттагы кабыл алгычтар өткөргүчтүн багыты белгисиз болгон колдонмолордо (мисалы, белгисиз жайылуу каналдары аркылуу айланадагы RFH же WPT) идеалдуу болбошу мүмкүн. Бул иште көп багыттагы жогорку күчөткүчтүү WPT жана RFH үчүн бир нече көп нурлуу ыкмалар сунушталат.
2. Антеннанын поляризациясы
Антеннанын поляризациясы электр талаасынын векторунун антеннанын таралуу багытына карата кыймылын сүрөттөйт. Поляризациянын дал келбестиги негизги бөлүктөрдүн багыттары бир сызыкта болгондо да антенналардын ортосундагы өткөрүүнүн/кабыл алуунун азайышына алып келиши мүмкүн. Мисалы, эгерде берүү үчүн вертикалдуу LP антеннасы, ал эми кабыл алуу үчүн горизонталдуу LP антеннасы колдонулса, кубат алынбайт. Бул бөлүмдө зымсыз кабыл алуунун натыйжалуулугун максималдаштыруу жана поляризациянын дал келбестигинин жоготууларын болтурбоо боюнча билдирилген ыкмалар каралат. Поляризацияга карата сунушталган ректенна архитектурасынын кыскача мазмуну 6-сүрөттө, ал эми SoA мисалы 4-таблицада келтирилген.
6-сүрөт
Уюлдук байланышта базалык станциялар менен мобилдик телефондордун ортосунда сызыктуу поляризацияны теңдөө мүмкүн эмес, андыктан базалык станциянын антенналары поляризациянын дал келбестигинин жоготууларынан качуу үчүн кош поляризацияланган же көп поляризацияланган болуп иштелип чыккан. Бирок, көп жолдуу эффекттерден улам LP толкундарынын поляризациясынын өзгөрүшү чечилбеген көйгөй бойдон калууда. Көп поляризацияланган мобилдик базалык станциялар жөнүндөгү божомолго таянып, уюлдук RFEH антенналары LP антенналары катары иштелип чыккан.
CP ректенналары негизинен WPTде колдонулат, анткени алар дал келбестикке салыштырмалуу туруктуу. CP антенналары бардык LP толкундарынан тышкары, бирдей айлануу багытындагы (сол колдуу же оң колдуу CP) CP нурлануусун кубаттуулукту жоготпостон кабыл ала алат. Кандай болгон күндө да, CP антеннасы өткөрөт жана LP антеннасы 3 дБ жоготуу (50% кубаттуулукту жоготуу) менен кабыл алат. CP ректенналары 900 МГц жана 2,4 ГГц жана 5,8 ГГц өнөр жайлык, илимий жана медициналык тилкелерге, ошондой эле миллиметрдик толкундарга ылайыктуу деп айтылат. Каалагандай поляризацияланган толкундардын RFHсында поляризациянын ар түрдүүлүгү поляризациянын дал келбестик жоготууларына потенциалдуу чечим болуп саналат.
Толук поляризация, ошондой эле көп поляризация деп да аталат, поляризациянын дал келбестигинен келип чыккан жоготууларды толугу менен жоюу үчүн сунушталган, бул CP жана LP толкундарын чогултууга мүмкүндүк берет, мында эки кош поляризацияланган ортогоналдык LP элементтери бардык LP жана CP толкундарын натыйжалуу кабыл алышат. Муну көрсөтүү үчүн, поляризация бурчуна карабастан, вертикалдык жана горизонталдык таза чыңалуулар (VV жана VH) туруктуу бойдон калат:
CP электромагниттик толкунунун "E" электр талаасы, мында кубаттуулук эки жолу чогултулат (бирдикке бир жолу), ошону менен CP компоненти толугу менен алынат жана 3 дБ поляризациянын дал келбестигинин жоголушун жеңет:
Акырында, туруктуу токтун айкалышы аркылуу каалагандай поляризациянын түшкөн толкундарын алууга болот. 7-сүрөттө билдирилген толук поляризацияланган ректеннанын геометриясы көрсөтүлгөн.
7-сүрөт
Кыскасы, атайын кубат булактары бар WPT колдонмолорунда CP артыкчылыктуу, анткени ал антеннанын поляризация бурчуна карабастан WPT натыйжалуулугун жакшыртат. Башка жагынан алганда, көп булактуу алууда, айрыкча айлана-чөйрө булактарынан, толугу менен поляризацияланган антенналар жалпы кабыл алууну жана максималдуу көчмөлүүлүктү жакшырта алат; RF же DCде толук поляризацияланган кубаттуулукту айкалыштыруу үчүн көп порттуу/көп түзөткүчтүү архитектуралар талап кылынат.
Кыскача маалымат
Бул макалада RFEH жана WPT үчүн антеннаны долбоорлоодогу акыркы жетишкендиктер каралат жана мурунку адабияттарда сунушталбаган RFEH жана WPT үчүн антеннаны долбоорлоонун стандарттуу классификациясы сунушталат. Жогорку RF-DC натыйжалуулугуна жетүү үчүн антеннанын үч негизги талабы аныкталган:
1. Кызыкчылык жараткан RFEH жана WPT тилкелери үчүн антенна түзөткүчүнүн импеданс өткөрүү жөндөмдүүлүгү;
2. WPTдеги атайын берүүдөн өткөргүч менен кабыл алгычтын ортосундагы негизги бөлүктүн тегизделиши;
3. Бурчка жана абалга карабастан, ректенна менен түшкөн толкундун ортосундагы поляризациянын дал келиши.
Импеданстын негизинде ректенналар 50Ω жана түзөткүчтүү конъюгат ректенналарга бөлүнөт, мында ар кандай тилкелердин жана жүктөмдөрдүн ортосундагы импеданстарды дал келтирүүгө жана ар бир дал келтирүү ыкмасынын натыйжалуулугуна басым жасалат.
SoA ректенналарынын радиациялык мүнөздөмөлөрү багыттуулук жана поляризация көз карашынан каралып чыкты. Тар нур кеңдигин жеңүү үчүн нур формалаштыруу жана таңгактоо аркылуу күчөтүүнү жакшыртуу ыкмалары талкууланат. Акырында, WPT үчүн CP ректенналары, ошондой эле WPT жана RFEH үчүн поляризациядан көз карандысыз кабыл алууга жетүү үчүн ар кандай ишке ашыруулар каралат.
Антенналар жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн, төмөнкү дарекке кириңиз:
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 16-августу
