Cyd-ddylunio Antenna-Cywirydd
Nodwedd rectenau sy'n dilyn y topoleg EG yn Ffigur 2 yw bod yr antena wedi'i chyfateb yn uniongyrchol â'r unionydd, yn hytrach na'r safon 50Ω, sy'n gofyn am leihau neu ddileu'r gylched gyfateb i bweru'r unionydd. Mae'r adran hon yn adolygu manteision rectenau SoA gydag antenâu nad ydynt yn 50Ω a rectenau heb rwydweithiau cyfatebol.
1. Antenâu Bach yn Drydanol
Mae antenâu cylch atseiniol LC wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn cymwysiadau lle mae maint y system yn hanfodol. Ar amleddau islaw 1 GHz, gall y donfedd achosi i antenâu elfennau dosbarthedig safonol feddiannu mwy o le na maint cyffredinol y system, ac mae cymwysiadau fel trawsderbynyddion cwbl integredig ar gyfer mewnblaniadau corff yn elwa'n arbennig o ddefnyddio antenâu bach yn drydanol ar gyfer WPT.
Gellir defnyddio'r rhwystriant anwythol uchel yn yr antena fach (ger atseinio) i gyplysu'r unionydd yn uniongyrchol neu â rhwydwaith paru capacitive ar y sglodion ychwanegol. Adroddwyd am antenâu bach yn drydanol mewn WPT gydag LP a CP islaw 1 GHz gan ddefnyddio antenâu deupol Huygens, gyda ka=0.645, tra bod ka=5.91 mewn deupolau arferol (ka=2πr/λ0).
2. Antena cyfunedig rectifier
Mae rhwystriant mewnbwn nodweddiadol deuod yn gapasitif iawn, felly mae angen antena anwythol i gyflawni rhwystriant cyfun. Oherwydd rhwystriant capasitif y sglodion, mae antenâu anwythol rhwystriant uchel wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn tagiau RFID. Yn ddiweddar, mae antenâu dipol wedi dod yn duedd mewn antenâu RFID rhwystriant cymhleth, gan arddangos rhwystriant uchel (gwrthiant ac adweithedd) ger eu hamledd atseiniol.
Defnyddiwyd antenâu deuol anwythol i gyd-fynd â chynhwysedd uchel yr unionydd yn y band amledd o ddiddordeb. Mewn antena deuol plygedig, mae'r llinell fer ddwbl (plygu deuol) yn gweithredu fel trawsnewidydd rhwystriant, gan ganiatáu dylunio antena rhwystriant eithriadol o uchel. Fel arall, mae bwydo rhagfarn yn gyfrifol am gynyddu'r adweithedd anwythol yn ogystal â'r rhwystriant gwirioneddol. Mae cyfuno elfennau deuol rhagfarnllyd lluosog â stybiau rheiddiol tei bwa anghytbwys yn ffurfio antena rhwystriant uchel band eang deuol. Mae Ffigur 4 yn dangos rhai antenâu cyfuniad unionydd a adroddwyd.
Ffigur 4
Nodweddion ymbelydredd yn RFEH a WPT
Yn y model Friis, mae'r pŵer PRX a dderbynnir gan antena ar bellter d o'r trosglwyddydd yn swyddogaeth uniongyrchol o enillion y derbynnydd a'r trosglwyddydd (GRX, GTX).
Mae cyfeiriadedd a pholareiddio prif llabed yr antena yn effeithio'n uniongyrchol ar faint o bŵer a gesglir o'r don ddigwyddiadol. Mae nodweddion ymbelydredd yr antena yn baramedrau allweddol sy'n gwahaniaethu rhwng RFEH amgylchynol a WPT (Ffigur 5). Er y gall y cyfrwng lledaenu fod yn anhysbys yn y ddau gymhwysiad a bod angen ystyried ei effaith ar y don a dderbynnir, gellir manteisio ar wybodaeth am yr antena trosglwyddo. Mae Tabl 3 yn nodi'r paramedrau allweddol a drafodir yn yr adran hon a'u cymhwysedd i RFEH a WPT.
Ffigur 5
1. Cyfeiriadedd ac Ennill
Yn y rhan fwyaf o gymwysiadau RFEH a WPT, tybir nad yw'r casglwr yn gwybod cyfeiriad yr ymbelydredd sy'n digwydd ac nad oes llwybr llinell olwg (LoS). Yn y gwaith hwn, mae nifer o ddyluniadau a lleoliadau antena wedi'u hymchwilio i wneud y mwyaf o'r pŵer a dderbynnir o ffynhonnell anhysbys, yn annibynnol ar aliniad y prif llabed rhwng y trosglwyddydd a'r derbynnydd.
Mae antenâu omnidirectional wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn rectenau RFEH amgylcheddol. Yn y llenyddiaeth, mae'r PSD yn amrywio yn dibynnu ar gyfeiriadedd yr antena. Fodd bynnag, nid yw'r amrywiad mewn pŵer wedi'i egluro, felly nid yw'n bosibl pennu a yw'r amrywiad oherwydd patrwm ymbelydredd yr antena neu oherwydd anghydweddiad polareiddio.
Yn ogystal â chymwysiadau RFEH, mae antenâu a rhesi cyfeiriadol enillion uchel wedi cael eu hadrodd yn eang ar gyfer WPT microdon i wella effeithlonrwydd casglu dwysedd pŵer RF isel neu oresgyn colledion lluosogi. Mae rhesi rectenna Yagi-Uda, rhesi bowtie, rhesi troellog, rhesi Vivaldi wedi'u cyplysu'n dynn, rhesi CPW CP, ac rhesi clytiau ymhlith y gweithrediadau rectenna graddadwy a all wneud y mwyaf o'r dwysedd pŵer digwyddiad o dan ardal benodol. Mae dulliau eraill i wella enillion antena yn cynnwys technoleg canllaw tonnau integredig swbstrad (SIW) mewn bandiau microdon a thonnau milimetr, sy'n benodol i WPT. Fodd bynnag, mae rectenâu enillion uchel yn cael eu nodweddu gan led trawst cul, gan wneud derbyn tonnau mewn cyfeiriadau mympwyol yn aneffeithlon. Daeth ymchwiliadau i nifer yr elfennau antena a'r porthladdoedd i'r casgliad nad yw cyfeiriadedd uwch yn cyfateb i bŵer cynaeafu uwch mewn RFEH amgylchynol gan dybio digwyddiad mympwyol tri dimensiwn; cadarnhawyd hyn gan fesuriadau maes mewn amgylcheddau trefol. Gellir cyfyngu rhesi enillion uchel i gymwysiadau WPT.
Er mwyn trosglwyddo manteision antenâu enillion uchel i RFEHs mympwyol, defnyddir atebion pecynnu neu gynllun i oresgyn y broblem cyfeiriadedd. Cynigir band arddwrn antena deuol-glytiau i gynaeafu ynni o RFEHs Wi-Fi amgylchynol i ddau gyfeiriad. Mae antenâu RFEH cellog amgylchynol hefyd wedi'u cynllunio fel blychau 3D ac wedi'u hargraffu neu eu glynu wrth arwynebau allanol i leihau arwynebedd y system a galluogi cynaeafu aml-gyfeiriadol. Mae strwythurau rectenna ciwbig yn arddangos tebygolrwydd uwch o dderbyn ynni mewn RFEHs amgylchynol.
Gwnaed gwelliannau i ddyluniad antena i gynyddu lled y trawst, gan gynnwys elfennau clwt parasitig ategol, i wella WPT ar araeau 2.4 GHz, 4 × 1. Cynigiwyd antena rhwyll 6 GHz gyda rhanbarthau trawst lluosog hefyd, gan ddangos trawstiau lluosog fesul porthladd. Cynigiwyd rectenau arwyneb aml-borthladd, aml-unionydd ac antenâu cynaeafu ynni gyda phatrymau ymbelydredd omnidirectional ar gyfer RFEH aml-gyfeiriadol ac aml-bolaredig. Cynigiwyd aml-unionyddion gyda matricsau ffurfio trawst ac araeau antena aml-borthladd hefyd ar gyfer cynaeafu ynni aml-gyfeiriadol ac enillion uchel.
I grynhoi, er bod antenâu enillion uchel yn cael eu ffafrio i wella'r pŵer a gynaeafir o ddwyseddau RF isel, efallai na fydd derbynyddion cyfeiriadol iawn yn ddelfrydol mewn cymwysiadau lle mae cyfeiriad y trosglwyddydd yn anhysbys (e.e., RFEH amgylchynol neu WPT trwy sianeli lluosogi anhysbys). Yn y gwaith hwn, cynigir dulliau aml-drawst lluosog ar gyfer WPT ac RFEH enillion uchel aml-gyfeiriadol.
2. Polareiddio Antena
Mae polareiddio antena yn disgrifio symudiad y fector maes trydanol o'i gymharu â chyfeiriad lluosogi'r antena. Gall anghydweddiadau polareiddio arwain at drosglwyddo/derbyniad llai rhwng antenâu hyd yn oed pan fydd cyfeiriadau'r prif llabed wedi'u halinio. Er enghraifft, os defnyddir antena LP fertigol ar gyfer trosglwyddo a defnyddir antena LP llorweddol ar gyfer derbyn, ni dderbynnir unrhyw bŵer. Yn yr adran hon, adolygir dulliau a adroddir ar gyfer cynyddu effeithlonrwydd derbyniad diwifr i'r eithaf ac osgoi colledion anghydweddiad polareiddio. Rhoddir crynodeb o'r bensaernïaeth rectenna arfaethedig mewn perthynas â pholareiddio yn Ffigur 6 a rhoddir enghraifft o SoA yn Nhabl 4.
Ffigur 6
Mewn cyfathrebu cellog, mae'n annhebygol y cyflawnir aliniad polareiddio llinol rhwng gorsafoedd sylfaen a ffonau symudol, felly mae antenâu gorsafoedd sylfaen wedi'u cynllunio i fod yn ddeuol-bolaredig neu'n aml-bolaredig er mwyn osgoi colledion anghydweddiad polareiddio. Fodd bynnag, mae amrywiad polareiddio tonnau LP oherwydd effeithiau aml-lwybr yn parhau i fod yn broblem heb ei datrys. Yn seiliedig ar y dybiaeth o orsafoedd sylfaen symudol aml-bolaredig, mae antenâu RFEH cellog wedi'u cynllunio fel antenâu LP.
Defnyddir rectenau CP yn bennaf mewn WPT oherwydd eu bod yn gymharol wrthwynebus i anghydweddiad. Mae antenâu CP yn gallu derbyn ymbelydredd CP gyda'r un cyfeiriad cylchdro (CP chwith neu dde) yn ogystal â phob tonnau LP heb golli pŵer. Beth bynnag, mae'r antena CP yn trosglwyddo ac mae'r antena LP yn derbyn gyda cholled o 3 dB (colled pŵer o 50%). Adroddir bod rectenau CP yn addas ar gyfer bandiau diwydiannol, gwyddonol a meddygol 900 MHz a 2.4 GHz a 5.8 GHz yn ogystal â thonnau milimetr. Yn RFEH tonnau wedi'u polareiddio'n fympwyol, mae amrywiaeth polareiddio yn cynrychioli ateb posibl i golledion anghydweddiad polareiddio.
Cynigiwyd polareiddio llawn, a elwir hefyd yn aml-bolareiddio, i oresgyn colledion anghydweddiad polareiddio yn llwyr, gan alluogi casglu tonnau CP ac LP, lle mae dau elfen LP orthogonal deuol-bolaredig yn derbyn pob tonnau LP a CP yn effeithiol. I ddangos hyn, mae'r folteddau net fertigol a llorweddol (VV a VH) yn aros yn gyson waeth beth fo'r ongl polareiddio:
Maes trydan ton electromagnetig CP “E”, lle mae pŵer yn cael ei gasglu ddwywaith (unwaith yr uned), a thrwy hynny'n derbyn y gydran CP yn llawn ac yn goresgyn y golled anghydweddiad polareiddio 3 dB:
Yn olaf, trwy gyfuniad DC, gellir derbyn tonnau digwyddiadol o bolareiddio mympwyol. Mae Ffigur 7 yn dangos geometreg y rectenna wedi'i bolareiddio'n llawn a adroddwyd.
Ffigur 7
I grynhoi, mewn cymwysiadau WPT gyda chyflenwadau pŵer pwrpasol, mae CP yn cael ei ffafrio oherwydd ei fod yn gwella effeithlonrwydd WPT waeth beth fo ongl polareiddio'r antena. Ar y llaw arall, mewn caffael aml-ffynhonnell, yn enwedig o ffynonellau amgylchynol, gall antenâu wedi'u polareiddio'n llawn gyflawni derbyniad cyffredinol gwell a'r cludadwyedd mwyaf posibl; mae angen pensaernïaethau aml-borthladd/aml-unionydd i gyfuno pŵer wedi'i bolareiddio'n llawn ar RF neu DC.
Crynodeb
Mae'r papur hwn yn adolygu'r cynnydd diweddar mewn dylunio antenâu ar gyfer RFEH a WPT, ac yn cynnig dosbarthiad safonol o ddylunio antenâu ar gyfer RFEH a WPT nad yw wedi'i gynnig mewn llenyddiaeth flaenorol. Nodwyd tri gofyniad antena sylfaenol ar gyfer cyflawni effeithlonrwydd RF-i-DC uchel fel:
1. Lled band rhwystriant unionydd antena ar gyfer y bandiau RFEH a WPT sydd o ddiddordeb;
2. Aliniad y prif llabed rhwng y trosglwyddydd a'r derbynnydd yn WPT o borthiant pwrpasol;
3. Cydweddu polareiddio rhwng y rectenna a'r don ddigwyddiadol waeth beth fo'r ongl a'r safle.
Yn seiliedig ar rwystriant, mae rectenau yn cael eu dosbarthu'n rectenau 50Ω a rectenau cyfunedig unionydd, gyda ffocws ar baru rhwystriant rhwng gwahanol fandiau a llwythi ac effeithlonrwydd pob dull paru.
Adolygwyd nodweddion ymbelydredd rectenau SoA o safbwynt cyfeiriadedd a pholareiddio. Trafodir dulliau i wella enillion trwy ffurfio trawst a phecynnu i oresgyn lled trawst cul. Yn olaf, adolygir rectenau CP ar gyfer WPT, ynghyd ag amrywiol weithrediadau i gyflawni derbyniad annibynnol ar bolareiddio ar gyfer WPT ac RFEH.
I ddysgu mwy am antenâu, ewch i:
Amser postio: Awst-16-2024
