Ubunifu wa Antena-Kirekebishaji
Sifa ya rektena zinazofuata topolojia ya EG katika Mchoro 2 ni kwamba antena inalingana moja kwa moja na kirekebishaji, badala ya kiwango cha 50Ω, ambacho kinahitaji kupunguza au kuondoa saketi inayolingana ili kuwasha kirekebishaji. Sehemu hii inakagua faida za rektena za SoA zenye antena na rektena zisizo za 50Ω bila mitandao inayolingana.
1. Antena Ndogo za Kiumeme
Antena za pete za LC resonant zimetumika sana katika matumizi ambapo ukubwa wa mfumo ni muhimu. Katika masafa yaliyo chini ya 1 GHz, urefu wa wimbi unaweza kusababisha antena za kawaida za vipengele vilivyosambazwa kuchukua nafasi zaidi kuliko ukubwa wa jumla wa mfumo, na matumizi kama vile transceivers zilizojumuishwa kikamilifu kwa vipandikizi vya mwili hufaidika hasa na matumizi ya antena ndogo za kielektroniki kwa WPT.
Kizuizi kikubwa cha kufata cha antena ndogo (karibu na mwangwi) kinaweza kutumika kuunganisha moja kwa moja kirekebisha sauti au na mtandao wa ziada wa kulinganisha uwezo wa kipaza sauti kwenye chipu. Antena ndogo za kielektroniki zimeripotiwa katika WPT zenye LP na CP chini ya 1 GHz kwa kutumia antena za Huygens dipole, zenye ka=0.645, huku ka=5.91 katika dipole za kawaida (ka=2πr/λ0).
2. Antena ya kuunganisha ya kirekebishaji
Kizuizi cha kawaida cha ingizo cha diode kina uwezo mkubwa wa kutoa sauti, kwa hivyo antena ya kuingiza sauti inahitajika ili kufikia kizuizi cha kuunganisha. Kutokana na kizuizi cha kuingiza sauti cha chipu, antena za kuingiza sauti za juu zimetumika sana katika lebo za RFID. Antena za dipole hivi karibuni zimekuwa mtindo katika antena changamano za RFID za kizuizi, zikionyesha kizuizi cha juu (upinzani na mwitikio) karibu na masafa yao ya mwangwi.
Antena za dipoli zinazotumia mkondo wa kuingilia zimetumika kulinganisha uwezo wa juu wa kirekebishaji katika bendi ya masafa inayovutia. Katika antena ya dipoli inayokunjwa, mstari mfupi maradufu (kukunja dipole) hufanya kazi kama kibadilishaji cha impedansi, kuruhusu muundo wa antena ya impedansi yenye mkondo wa juu sana. Vinginevyo, ulaji wa upendeleo unawajibika kwa kuongeza mmenyuko wa kuingilia pamoja na impedansi halisi. Kuchanganya vipengele vingi vya dipoli vinavyotumia mkondo wa kuingilia na vijiti vya radial visivyo na usawa huunda antena mbili ya juu ya impedansi ya broadband. Mchoro wa 4 unaonyesha baadhi ya antena zilizounganishwa za kirekebishaji zinazoripotiwa.
Mchoro 4
Sifa za mionzi katika RFEH na WPT
Katika mfumo wa Friis, nguvu ya PRX inayopokelewa na antena kwa umbali wa d kutoka kwa kipitishi ni kazi ya moja kwa moja ya faida ya kipokezi na kipitishi (GRX, GTX).
Mwelekeo mkuu wa lobe ya antena na upolarization huathiri moja kwa moja kiasi cha nguvu iliyokusanywa kutoka kwa wimbi la tukio. Sifa za mionzi ya antena ni vigezo muhimu vinavyotofautisha kati ya RFEH iliyoko na WPT (Mchoro 5). Ingawa katika matumizi yote mawili, njia ya uenezaji inaweza kuwa haijulikani na athari yake kwenye wimbi linalopokelewa inahitaji kuzingatiwa, ujuzi wa antena inayopitisha unaweza kutumika. Jedwali la 3 linatambua vigezo muhimu vilivyojadiliwa katika sehemu hii na utumikaji wake kwa RFEH na WPT.
Mchoro 5
1. Mwelekeo na Faida
Katika matumizi mengi ya RFEH na WPT, inadhaniwa kwamba mkusanyaji hajui mwelekeo wa mionzi ya tukio na hakuna njia ya mstari wa kuona (LoS). Katika kazi hii, miundo na uwekaji wa antena nyingi umechunguzwa ili kuongeza nguvu inayopokelewa kutoka kwa chanzo kisichojulikana, bila kujali mpangilio wa lobe kuu kati ya kipitisha sauti na kipokezi.
Antena za mwelekeo mmoja zimetumika sana katika rektena za RFEH za kimazingira. Katika fasihi, PSD hutofautiana kulingana na mwelekeo wa antena. Hata hivyo, tofauti katika nguvu haijaelezewa, kwa hivyo haiwezekani kubaini kama tofauti hiyo inatokana na muundo wa mionzi ya antena au kutokana na kutolingana kwa upolarishaji.
Mbali na matumizi ya RFEH, antena na safu zenye mwelekeo wa juu zimeripotiwa sana kwa WPT ya microwave ili kuboresha ufanisi wa ukusanyaji wa msongamano mdogo wa nguvu ya RF au kushinda hasara za uenezaji. Safu za rectenna za Yagi-Uda, safu za bowtie, safu za ond, safu za Vivaldi zilizounganishwa kwa ukaribu, safu za CPW CP, na safu za kiraka ni miongoni mwa utekelezaji wa rectenna unaoweza kupanuliwa ambao unaweza kuongeza msongamano wa nguvu ya tukio chini ya eneo fulani. Mbinu zingine za kuboresha faida ya antena ni pamoja na teknolojia ya mwongozo wa wimbi jumuishi (SIW) katika bendi za mawimbi ya microwave na milimita, maalum kwa WPT. Hata hivyo, rectenna zenye faida kubwa zina sifa ya upana mwembamba wa miale, na kufanya mapokezi ya mawimbi katika mwelekeo holela yasifanye kazi vizuri. Uchunguzi kuhusu idadi ya vipengele vya antena na milango ulihitimisha kuwa mwelekeo wa juu hauendani na nguvu ya juu iliyovunwa katika RFEH iliyoko ikizingatia matukio holela ya pande tatu; hii ilithibitishwa na vipimo vya uwanjani katika mazingira ya mijini. Safu zenye faida kubwa zinaweza kupunguzwa kwa matumizi ya WPT.
Ili kuhamisha faida za antena zenye faida kubwa hadi RFEH zisizo za kawaida, suluhisho za ufungashaji au mpangilio hutumiwa kushinda suala la mwelekeo. Mkanda wa antena wenye viraka viwili unapendekezwa kukusanya nishati kutoka kwa RFEH za Wi-Fi zilizo karibu katika pande mbili. Antena za RFEH za seli zilizo karibu pia zimeundwa kama visanduku vya 3D na kuchapishwa au kuunganishwa kwenye nyuso za nje ili kupunguza eneo la mfumo na kuwezesha uvunaji wa pande nyingi. Miundo ya rektena ya ujazo inaonyesha uwezekano mkubwa wa kupokea nishati katika RFEH zilizo karibu.
Maboresho katika muundo wa antena ili kuongeza upana wa miale, ikijumuisha vipengele vya kiraka cha vimelea saidizi, yalifanywa ili kuboresha WPT katika safu za 2.4 GHz, 4 × 1. Antena ya matundu ya 6 GHz yenye maeneo mengi ya miale pia ilipendekezwa, ikionyesha mihimili mingi kwa kila lango. Rektena za uso zenye milango mingi, rektena nyingi za uso na antena za kuvuna nishati zenye mifumo ya mionzi ya pande zote zimependekezwa kwa RFEH zenye mwelekeo mbalimbali na polari nyingi. Rektena nyingi zenye matrices zinazounda miale na safu za antena zenye milango mingi pia zimependekezwa kwa kuvuna nishati yenye faida kubwa na mwelekeo mbalimbali.
Kwa muhtasari, ingawa antena zenye faida kubwa hupendelewa ili kuboresha nguvu inayovunwa kutoka kwa msongamano mdogo wa RF, vipokezi vyenye mwelekeo mkubwa vinaweza visiwe bora katika matumizi ambapo mwelekeo wa kisambazaji haujulikani (km, RFEH iliyoko au WPT kupitia njia zisizojulikana za uenezaji). Katika kazi hii, mbinu nyingi za miale mingi zinapendekezwa kwa WPT na RFEH zenye faida kubwa zenye mwelekeo mwingi.
2. Ugawaji wa Antena
Upolarishaji wa antena unaelezea mwendo wa vekta ya uwanja wa umeme ikilinganishwa na mwelekeo wa uenezaji wa antena. Kutolingana kwa upolarishaji kunaweza kusababisha upitishaji/mapokezi yaliyopunguzwa kati ya antena hata wakati mwelekeo mkuu wa lobe umepangwa. Kwa mfano, ikiwa antena ya wima ya LP inatumika kwa upitishaji na antena ya mlalo ya LP inatumika kwa upokezi, hakuna nguvu itakayopokelewa. Katika sehemu hii, mbinu zilizoripotiwa za kuongeza ufanisi wa mapokezi yasiyotumia waya na kuepuka hasara za kutolingana kwa upolarishaji zinapitiwa. Muhtasari wa usanifu uliopendekezwa wa rektena kuhusiana na upolarishaji umetolewa katika Mchoro 6 na mfano wa SoA umetolewa katika Jedwali 4.
Mchoro 6
Katika mawasiliano ya simu za mkononi, mpangilio wa upolarishaji wa mstari kati ya vituo vya msingi na simu za mkononi hauwezekani kupatikana, kwa hivyo antena za vituo vya msingi zimeundwa kuwa na polari mbili au polari nyingi ili kuepuka hasara za upolarishaji zisizolingana. Hata hivyo, tofauti ya upolarishaji wa mawimbi ya LP kutokana na athari za njia nyingi bado ni tatizo ambalo halijatatuliwa. Kulingana na dhana ya vituo vya msingi vya simu vya polari nyingi, antena za RFEH za mkononi zimeundwa kama antena za LP.
Rektena za CP hutumika zaidi katika WPT kwa sababu hazilingani kwa kiasi. Antena za CP zinaweza kupokea mionzi ya CP kwa mwelekeo sawa wa mzunguko (CP ya mkono wa kushoto au wa kulia) pamoja na mawimbi yote ya LP bila kupoteza nguvu. Kwa vyovyote vile, antena ya CP hutuma na antena ya LP hupokea ikiwa na hasara ya 3 dB (upungufu wa nguvu wa 50%). Rektena za CP zinaripotiwa kuwa zinafaa kwa bendi za viwanda, kisayansi, na matibabu za 900 MHz na 2.4 GHz na 5.8 GHz pamoja na mawimbi ya milimita. Katika RFEH ya mawimbi yaliyogawanywa kiholela, utofauti wa polarization unawakilisha suluhisho linalowezekana la hasara za polarization zisizolingana.
Upolarishaji kamili, unaojulikana pia kama upolarishaji mwingi, umependekezwa ili kushinda kabisa hasara za kutolingana kwa upolarishaji, na kuwezesha ukusanyaji wa mawimbi ya CP na LP, ambapo vipengele viwili vya LP vyenye polari mbili hupokea mawimbi yote ya LP na CP kwa ufanisi. Ili kuonyesha hili, volteji za wima na za mlalo (VV na VH) hubaki bila kubadilika bila kujali pembe ya upolarishaji:
Sehemu ya umeme ya wimbi la sumakuumeme la CP "E", ambapo nguvu hukusanywa mara mbili (mara moja kwa kila kitengo), na hivyo kupokea kikamilifu sehemu ya CP na kushinda hasara ya kutolingana kwa upolarization ya 3 dB:
Hatimaye, kupitia mchanganyiko wa DC, mawimbi ya matukio ya upolaji holela yanaweza kupokelewa. Mchoro 7 unaonyesha jiometri ya rektena iliyoripotiwa kuwa na upolaji kamili.
Mchoro 7
Kwa muhtasari, katika matumizi ya WPT yenye vifaa maalum vya umeme, CP inapendelewa kwa sababu inaboresha ufanisi wa WPT bila kujali pembe ya upolarishaji wa antena. Kwa upande mwingine, katika upatikanaji wa vyanzo vingi, hasa kutoka kwa vyanzo vya mazingira, antena zilizo na upolarishaji kamili zinaweza kufikia mapokezi bora ya jumla na uhamishaji wa kiwango cha juu; usanifu wa milango mingi/virekebishaji vingi unahitajika ili kuchanganya nguvu iliyo na upolarishaji kamili katika RF au DC.
Muhtasari
Karatasi hii inapitia maendeleo ya hivi karibuni katika muundo wa antena kwa ajili ya RFEH na WPT, na inapendekeza uainishaji sanifu wa muundo wa antena kwa ajili ya RFEH na WPT ambao haujapendekezwa katika fasihi zilizopita. Mahitaji matatu ya msingi ya antena kwa ajili ya kufikia ufanisi wa juu wa RF-to-DC yametambuliwa kama:
1. Kipimo cha upitishaji wa kirekebishaji cha antena kwa bendi za RFEH na WPT zinazovutia;
2. Mpangilio mkuu wa lobe kati ya kipitisha sauti na kipokezi katika WPT kutoka kwa mlisho maalum;
3. Ulinganisho wa polarization kati ya rectena na wimbi la tukio bila kujali pembe na nafasi.
Kulingana na impedansi, rektena zimegawanywa katika 50Ω na rektena zinazounganisha rektena, kwa kuzingatia ulinganisho wa impedansi kati ya bendi na mizigo tofauti na ufanisi wa kila njia ya ulinganisho.
Sifa za mionzi ya rektena za SoA zimepitiwa kutoka kwa mtazamo wa mwelekeo na upolarishaji. Mbinu za kuboresha faida kwa kutengeneza miale na ufungashaji ili kushinda upana mwembamba wa miale zinajadiliwa. Hatimaye, rektena za CP kwa WPT zinapitiwa, pamoja na utekelezaji mbalimbali ili kufikia mapokezi yasiyotegemea upolarishaji kwa WPT na RFEH.
Ili kujifunza zaidi kuhusu antena, tafadhali tembelea:
Muda wa chapisho: Agosti-16-2024
