Ubunifu wa Antenna-Rectifier Co-design
Tabia ya rectenna zinazofuata topolojia ya EG katika Mchoro wa 2 ni kwamba antena inalingana moja kwa moja na kirekebishaji, badala ya kiwango cha 50Ω, ambacho kinahitaji kupunguza au kuondoa mzunguko unaolingana ili kuwasha kirekebishaji. Sehemu hii inakagua faida za rekta za SoA zilizo na antena zisizo 50Ω na rektasi bila mitandao inayolingana.
1. Antena Ndogo za Umeme
Antena za pete za resonant za LC zimetumika sana katika programu ambapo ukubwa wa mfumo ni muhimu. Katika masafa ya chini ya GHz 1, urefu wa wimbi unaweza kusababisha antena za kawaida zinazosambazwa kuchukua nafasi zaidi ya saizi ya jumla ya mfumo, na programu kama vile vipitishio vilivyounganishwa kikamilifu vya vipandikizi vya mwili hunufaika hasa kutokana na matumizi ya antena ndogo zinazotumia umeme kwa WPT.
Uzuiaji wa juu wa antena ndogo (karibu na resonance) unaweza kutumika kuunganisha kirekebishaji moja kwa moja au kwa mtandao wa ziada wa ulinganishaji wa on-chip. Antena ndogo zinazotumia umeme zimeripotiwa katika WPT zenye LP na CP chini ya GHz 1 kwa kutumia antena za dipole za Huygens, zenye ka=0.645, huku ka=5.91 katika dipole za kawaida (ka=2πr/λ0).
2. Rectifier conjugate antenna
Uzuiaji wa pembejeo wa kawaida wa diode ni capacitive sana, hivyo antenna inductive inahitajika ili kufikia impedance ya conjugate. Kwa sababu ya kizuizi cha uwezo wa chip, antena za uingizaji hewa wa juu zimetumika sana katika lebo za RFID. Antena za Dipole hivi karibuni zimekuwa mtindo wa antena za RFID za impedance tata, zinaonyesha upinzani wa juu (upinzani na mwitikio) karibu na mzunguko wao wa resonant.
Antena za dipole kwa kufata neno zimetumika kulinganisha uwezo wa juu wa kirekebishaji katika bendi ya masafa ya riba. Katika antena ya dipole iliyokunjwa, laini fupi mara mbili (kukunja kwa dipole) hufanya kama kibadilishaji cha kuzuia, kuruhusu muundo wa antena ya juu sana ya kizuizi. Vinginevyo, ulishaji wa upendeleo unawajibika kwa kuongeza mwitikio wa kufata neno na vile vile kizuizi halisi. Kuchanganya vipengee vingi vya dipole vyenye upendeleo na vijiti vya radial visivyo na usawa hutengeneza antena ya upandaji wa juu wa bendi mbili. Kielelezo cha 4 kinaonyesha baadhi ya antena za kuunganisha za kirekebishaji.
Kielelezo cha 4
Tabia za mionzi katika RFEH na WPT
Katika mfano wa Friis, nguvu ya PRX iliyopokelewa na antenna kwa umbali d kutoka kwa mtoaji ni kazi ya moja kwa moja ya faida ya mpokeaji na mtoaji (GRX, GTX).
Mwelekeo mkuu wa tundu la antena na mgawanyiko huathiri moja kwa moja kiasi cha nishati inayokusanywa kutoka kwa wimbi la tukio. Sifa za mionzi ya antena ni vigezo muhimu vinavyotofautisha kati ya RFEH iliyoko na WPT (Mchoro 5). Wakati katika programu zote mbili njia ya uenezi inaweza kuwa haijulikani na athari yake kwenye wimbi lililopokelewa inahitaji kuzingatiwa, ujuzi wa antena ya kupitisha inaweza kutumika. Jedwali la 3 linabainisha vigezo muhimu vinavyojadiliwa katika sehemu hii na utumiaji wake kwa RFEH na WPT.
Kielelezo cha 5
1. Uelekezi na Faida
Katika programu nyingi za RFEH na WPT, inachukuliwa kuwa mtoza hajui mwelekeo wa mionzi ya tukio na hakuna njia ya mstari wa kuona (LoS). Katika kazi hii, miundo na uwekaji wa antena nyingi zimechunguzwa ili kuongeza nguvu iliyopokewa kutoka kwa chanzo kisichojulikana, kisichotegemea upatanishi mkuu wa lobe kati ya kisambazaji na kipokeaji.
Antena za omnidirectional zimetumika sana katika rectenna za RFEH za kimazingira. Katika fasihi, PSD inatofautiana kulingana na mwelekeo wa antenna. Walakini, tofauti ya nguvu haijaelezewa, kwa hivyo haiwezekani kuamua ikiwa tofauti hiyo ni kwa sababu ya muundo wa mionzi ya antenna au kwa sababu ya kutolingana kwa polarization.
Mbali na programu za RFEH, antena za mwelekeo wa faida kubwa na safu zimeripotiwa sana kwa microwave WPT ili kuboresha ufanisi wa ukusanyaji wa msongamano mdogo wa RF au kushinda hasara za uenezi. Safu za rectenna za Yagi-Uda, safu za bowtie, safu ond, safu za Vivaldi zilizounganishwa vizuri, safu za CPW CP, na safu za viraka ni miongoni mwa utekelezaji wa rectenna unaoweza kuongeza msongamano wa matukio chini ya eneo fulani. Mbinu nyingine za kuboresha faida ya antena ni pamoja na teknolojia ya substrate jumuishi ya wimbi la wimbi (SIW) katika mikanda ya mawimbi ya microwave na milimita, mahususi kwa WPT. Hata hivyo, rectennas za juu zina sifa ya mihimili nyembamba, na kufanya mapokezi ya mawimbi katika maelekezo ya kiholela hayana ufanisi. Uchunguzi wa idadi ya vipengee vya antena na bandari ulihitimisha kuwa uelekezi wa juu haulingani na nishati ya juu iliyovunwa katika RFEH iliyoko ikichukua matukio ya kiholela ya pande tatu; hii ilithibitishwa na vipimo vya shamba katika mazingira ya mijini. Safu za faida kubwa zinaweza kuwekewa kikomo kwa programu za WPT.
Ili kuhamisha manufaa ya antena za faida ya juu hadi kwa RFEHs zisizo za kawaida, suluhu za ufungaji au mpangilio hutumiwa ili kuondokana na suala la uelekezi. Ukanda wa antena wenye viraka viwili unapendekezwa kuvuna nishati kutoka kwa Wi-Fi RFEHs iliyoko katika pande mbili. Antena za simu za mkononi za RFEH pia zimeundwa kama visanduku vya 3D na kuchapishwa au kuzingatiwa kwenye nyuso za nje ili kupunguza eneo la mfumo na kuwezesha uvunaji wa pande nyingi. Miundo ya mstatili wa ujazo huonyesha uwezekano mkubwa wa kupokea nishati katika RFEHs tulivu.
Uboreshaji wa muundo wa antena ili kuongeza urefu wa mwanga, ikiwa ni pamoja na vipengele vya kiraka vya vimelea, vilifanywa ili kuboresha WPT katika 2.4 GHz, 4 × 1 safu. Antena yenye matundu ya GHz 6 yenye maeneo mengi ya boriti pia ilipendekezwa, ikionyesha mihimili mingi kwa kila bandari. Antena za uso zenye bandari nyingi, zenye virekebishaji vingi na antena za kuvuna nishati zenye mifumo ya mionzi ya pande zote zimependekezwa kwa RFEH yenye pande nyingi na yenye polarized. Virekebishaji vingi vilivyo na matrices ya kutengeneza miale na safu za antena za bandari nyingi pia vimependekezwa kwa faida ya juu, uvunaji wa nishati wa pande nyingi.
Kwa muhtasari, ingawa antena za faida kubwa zinapendekezwa kuboresha nishati inayovunwa kutoka kwa msongamano mdogo wa RF, vipokezi vyenye mwelekeo wa juu vinaweza visiwe vyema katika programu ambapo mwelekeo wa kisambaza data haujulikani (kwa mfano, RFEH iliyoko au WPT kupitia njia zisizojulikana za uenezi). Katika kazi hii, mbinu nyingi za boriti nyingi zinapendekezwa kwa WPT na RFEH yenye mwelekeo mbalimbali.
2. Polarization ya Antena
Polarization ya antenna inaelezea harakati ya vector ya shamba la umeme kuhusiana na mwelekeo wa uenezi wa antena. Kutolingana kwa polarization kunaweza kusababisha kupungua kwa uambukizaji/mapokezi kati ya antena hata wakati mielekeo ya lobe kuu yamepangwa. Kwa mfano, ikiwa antena ya wima ya LP inatumiwa kwa upitishaji na antena ya LP ya mlalo inatumiwa kupokea, hakuna nguvu itapokelewa. Katika sehemu hii, mbinu zilizoripotiwa za kuongeza ufanisi wa mapokezi ya pasiwaya na kuzuia upotevu wa utengano usiolingana hukaguliwa. Muhtasari wa usanifu unaopendekezwa wa rekta kwa heshima na ubaguzi umetolewa katika Mchoro 6 na mfano wa SoA umetolewa katika Jedwali 4.
Kielelezo cha 6
Katika mawasiliano ya simu za mkononi, upatanishi wa mgawanyiko wa mstari kati ya vituo vya msingi na simu za rununu hauwezekani kufikiwa, kwa hivyo antena za kituo cha msingi zimeundwa kuwa na polarized mbili au polarized ili kuepuka hasara za utofautishaji. Hata hivyo, tofauti ya mgawanyiko wa mawimbi ya LP kutokana na athari za njia nyingi bado ni tatizo ambalo halijatatuliwa. Kulingana na dhana ya vituo vya msingi vya rununu vilivyo na polarized nyingi, antena za rununu za RFEH zimeundwa kama antena za LP.
Rekta za CP hutumiwa zaidi katika WPT kwa sababu ni sugu kwa kutolingana. Antena za CP zina uwezo wa kupokea mionzi ya CP na mwelekeo sawa wa mzunguko (CP ya mkono wa kushoto au wa kulia) pamoja na mawimbi yote ya LP bila kupoteza nguvu. Kwa hali yoyote, antenna ya CP inasambaza na antenna ya LP inapokea kwa kupoteza 3 dB (50% kupoteza nguvu). Rekta za CP zinaripotiwa kuwa zinafaa kwa 900 MHz na 2.4 GHz na 5.8 GHz bendi za viwandani, kisayansi, na matibabu pamoja na mawimbi ya milimita. Katika RFEH ya mawimbi yaliyogawanywa kiholela, utofauti wa ubaguzi unawakilisha suluhu linalowezekana la hasara zinazolingana za ubaguzi.
Ugawanyiko kamili, unaojulikana pia kama mgawanyiko mbalimbali, umependekezwa ili kushinda kabisa hasara za uwiano wa ubaguzi, kuwezesha mkusanyiko wa mawimbi ya CP na LP, ambapo vipengele viwili vya LP vya orthogonal vilivyo na ncha mbili hupokea kwa ufanisi mawimbi yote ya LP na CP. Ili kudhihirisha hili, volti za wima na za mlalo (VV na VH) hubaki bila kubadilika bila kujali pembe ya mgawanyiko:
Sehemu ya umeme ya wimbi la umeme la CP "E", ambapo nguvu hukusanywa mara mbili (mara moja kwa kila kitengo), na hivyo kupokea kikamilifu kijenzi cha CP na kushinda upotevu usiolingana wa 3 dB:
Hatimaye, kupitia mchanganyiko wa DC, mawimbi ya matukio ya ubaguzi wa kiholela yanaweza kupokelewa. Kielelezo cha 7 kinaonyesha jiometri ya rectenna iliyoripotiwa kikamilifu.
Kielelezo cha 7
Kwa muhtasari, katika programu za WPT zilizo na vifaa maalum vya nguvu, CP inapendekezwa kwa sababu inaboresha ufanisi wa WPT bila kujali pembe ya mgawanyiko wa antena. Kwa upande mwingine, katika upatikanaji wa vyanzo vingi, hasa kutoka kwa vyanzo vya mazingira, antena za polarized kikamilifu zinaweza kufikia mapokezi bora ya jumla na uhamishaji wa juu; usanifu wa bandari nyingi/urekebishaji-nyingi unahitajika ili kuchanganya nishati iliyogawanywa kikamilifu katika RF au DC.
Muhtasari
Karatasi hii inakagua maendeleo ya hivi majuzi katika muundo wa antena kwa RFEH na WPT, na inapendekeza uainishaji wa kawaida wa muundo wa antena kwa RFEH na WPT ambao haujapendekezwa katika fasihi zilizopita. Mahitaji matatu ya msingi ya antena ili kufikia ufanisi wa juu wa RF-to-DC yametambuliwa kama:
1. Bandwidth ya kizuizi cha kirekebishaji cha antena kwa bendi za riba za RFEH na WPT;
2. Upangaji wa tundu kuu kati ya kisambazaji na kipokeaji katika WPT kutoka kwa mpasho maalum;
3. Ulinganifu wa polarization kati ya rectenna na wimbi la tukio bila kujali angle na nafasi.
Kulingana na uzuiaji, rektasi zimeainishwa katika 50Ω na rectenna za kirekebishaji cha kuunganisha, kwa kuzingatia ulinganishaji wa viingilio kati ya bendi tofauti na mizigo na ufanisi wa kila mbinu inayolingana.
Tabia za mionzi ya rectenna za SoA zimepitiwa kutoka kwa mtazamo wa uelekezi na polarization. Mbinu za kuboresha faida kwa kutengeneza miale na ufungashaji ili kuondokana na mwangaza mwembamba zinajadiliwa. Hatimaye, rektasi za CP za WPT zinapitiwa upya, pamoja na utekelezaji mbalimbali ili kufikia mapokezi yanayotegemea ubaguzi kwa WPT na RFEH.
Ili kujifunza zaidi kuhusu antena, tafadhali tembelea:
Muda wa kutuma: Aug-16-2024
