Cydgynllunio Antena-Rectifier
Nodwedd y rectennas yn dilyn topoleg EG Ffigur 2 yw bod yr antena wedi'i gydweddu'n uniongyrchol â'r unionydd, yn hytrach na'r safon 50Ω, sy'n gofyn am leihau neu ddileu'r cylched paru i bweru'r cywirydd. Mae'r adran hon yn adolygu manteision rectennas SoA gydag antenâu nad ydynt yn 50Ω a rectenâu heb rwydweithiau cyfatebol.
1. Antenâu Bach Trydanol
Mae antenâu cylch soniarus LC wedi'u defnyddio'n helaeth mewn cymwysiadau lle mae maint y system yn hollbwysig. Ar amleddau o dan 1 GHz, gall y donfedd achosi i antenâu elfen ddosbarthedig safonol feddiannu mwy o le na maint cyffredinol y system, ac mae cymwysiadau fel trosglwyddyddion cwbl integredig ar gyfer mewnblaniadau corff yn elwa'n arbennig o ddefnyddio antenâu bach trydanol ar gyfer WPT.
Gellir defnyddio rhwystriant anwythol uchel yr antena fach (cyseiniant agos) i gyplu'r unionydd yn uniongyrchol neu â rhwydwaith paru capacitive ar-sglodion ychwanegol. Mae antenâu trydan bach wedi cael eu hadrodd yn WPT gyda LP a CP o dan 1 GHz gan ddefnyddio antenâu deupol Huygens, gyda ka = 0.645, tra bod ka = 5.91 mewn deupolau arferol (ka=2πr/λ0).
2. Rectifier antena cyfun
Mae rhwystriant mewnbwn nodweddiadol deuod yn gapacitive iawn, felly mae angen antena anwythol i gyflawni rhwystriant cyfun. Oherwydd rhwystriant capacitive y sglodion, mae antenâu anwythol rhwystriant uchel wedi'u defnyddio'n helaeth mewn tagiau RFID. Yn ddiweddar, mae antenâu deupol wedi dod yn duedd mewn antenâu RFID rhwystriant cymhleth, gan arddangos rhwystriant uchel (gwrthiant ac adweithedd) yn agos at eu hamlder soniarus.
Mae antenâu deupol anwythol wedi'u defnyddio i gyd-fynd â chynhwysedd uchel yr unionydd yn y band amledd o ddiddordeb. Mewn antena deupol wedi'i blygu, mae'r llinell fer ddwbl (plygu deupol) yn gweithredu fel trawsnewidydd rhwystriant, gan ganiatáu dylunio antena rhwystriant hynod o uchel. Fel arall, bwydo rhagfarn sy'n gyfrifol am gynyddu'r adweithedd anwythol yn ogystal â'r rhwystriant gwirioneddol. Mae cyfuno elfennau deupol gogwydd lluosog gyda bonion rheiddiol tei bwa anghytbwys yn ffurfio antena rhwystriant uchel band eang deuol. Mae Ffigur 4 yn dangos rhai antenâu cyfun unioni a gofnodwyd.
Ffigur 4
Nodweddion ymbelydredd yn RFEH a WPT
Yn y model Friis, mae'r pŵer PRX a dderbynnir gan antena bellter d o'r trosglwyddydd yn swyddogaeth uniongyrchol o'r derbynnydd ac enillion trosglwyddydd (GRX, GTX).
Mae prif gyfeiriadedd llabed a pholareiddio'r antena yn effeithio'n uniongyrchol ar faint o bŵer a gesglir o'r don digwyddiad. Mae nodweddion ymbelydredd antena yn baramedrau allweddol sy'n gwahaniaethu rhwng RFEH amgylchynol a WPT (Ffigur 5). Er y gall y cyfrwng lluosogi fod yn anhysbys yn y ddau gais ac mae angen ystyried ei effaith ar y don a dderbynnir, gellir manteisio ar wybodaeth am yr antena trawsyrru. Mae Tabl 3 yn nodi'r paramedrau allweddol a drafodir yn yr adran hon a'u perthnasedd i RFEH a WPT.
Ffigur 5
1. Cyfeiriadedd ac Ennill
Yn y rhan fwyaf o geisiadau RFEH a WPT, rhagdybir nad yw'r casglwr yn gwybod cyfeiriad yr ymbelydredd digwyddiad ac nad oes llwybr llinell golwg (LoS). Yn y gwaith hwn, ymchwiliwyd i gynlluniau a lleoliadau antena lluosog 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 rectenâu 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 esbonio, felly nid yw'n bosibl penderfynu a yw'r amrywiad oherwydd patrwm ymbelydredd yr antena neu oherwydd diffyg cyfatebiaeth polareiddio.
Yn ogystal â chymwysiadau RFEH, mae antenâu cyfeiriadol enillion uchel ac araeau wedi cael eu hadrodd yn eang ar gyfer WPT microdon i wella effeithlonrwydd casglu dwysedd pŵer RF isel neu oresgyn colledion lluosogi. Mae araeau rectenna Yagi-Uda, araeau bowtie, araeau troellog, araeau Vivaldi wedi'u cyplysu'n dynn, araeau CP CPW, ac araeau clytiau ymhlith y gweithrediadau rectenna graddadwy a all gynyddu'r dwysedd pŵer digwyddiad i'r eithaf o dan ardal benodol. Mae dulliau eraill o wella enillion antena yn cynnwys technoleg canllaw tonnau integredig swbstrad (SIW) mewn bandiau tonnau microdon a milimetrau, sy'n benodol i WPT. Fodd bynnag, nodweddir rectenâu cynnydd uchel gan led trawstiau cul, gan wneud derbyniad tonnau i gyfeiriadau mympwyol yn aneffeithlon. Daeth ymchwiliadau i nifer yr elfennau antena a phorthladdoedd i'r casgliad nad yw cyfeiriadedd uwch yn cyfateb i bŵer cynaeafu uwch mewn RFEH amgylchynol gan dybio mynychder mympwyol tri dimensiwn; gwiriwyd hyn gan fesuriadau maes mewn amgylcheddau trefol. Gellir cyfyngu araeau enillion uchel i gymwysiadau WPT.
Er mwyn trosglwyddo buddion antenâu enillion uchel i RFEHs mympwyol, defnyddir datrysiadau pecynnu neu osodiad i oresgyn y mater uniongyrcholrwydd. Cynigir band arddwrn antena clwt deuol i gynaeafu ynni o RFEHs Wi-Fi amgylchynol i ddau gyfeiriad. Mae antenâu RFEH cellog amgylchynol hefyd wedi'u dylunio fel blychau 3D a'u hargraffu neu eu glynu wrth arwynebau allanol i leihau arwynebedd y system a galluogi cynaeafu aml-gyfeiriadol. Mae strwythurau rectenna ciwbig yn dangos tebygolrwydd uwch o dderbyniad ynni mewn RFEHs amgylchynol.
Gwnaed gwelliannau i ddyluniad antena i gynyddu lled trawst, gan gynnwys elfennau patsh parasitig cynorthwyol, i wella WPT ar araeau 2.4 GHz, 4 × 1. Cynigiwyd hefyd antena rhwyll 6 GHz gyda rhanbarthau trawst lluosog, gan ddangos trawstiau lluosog fesul porthladd. Mae rectenâu wyneb aml-borthladd, aml-rectifier ac antenâu cynaeafu ynni gyda phatrymau ymbelydredd omnidirectional wedi'u cynnig ar gyfer RFEH aml-gyfeiriadol ac aml-begynol. Mae aml-gywirwyr gyda matricsau trawstiau ac araeau antena aml-borthladd hefyd wedi'u cynnig ar gyfer cynaeafu ynni aml-gyfeiriadol enillion uchel.
I grynhoi, er bod antenâu enillion uchel yn cael eu ffafrio i wella'r pŵer a gynaeafir o ddwysedd RF isel, efallai na fydd derbynyddion hynod gyfeiriadol yn ddelfrydol mewn cymwysiadau lle nad yw cyfeiriad y trosglwyddydd yn hysbys (ee, RFEH amgylchynol neu WPT trwy sianeli lluosogi anhysbys). Yn y gwaith hwn, cynigir dulliau aml-belydr lluosog ar gyfer WPT enillion uchel aml-gyfeiriadol ac RFEH.
2. Pegynu Antena
Mae polareiddio antena yn disgrifio symudiad y fector maes trydan o'i gymharu â chyfeiriad lluosogi antena. Gall diffyg cyfatebiaeth polareiddio arwain at lai o drawsyriant/derbynfa rhwng antenâu hyd yn oed pan fydd cyfarwyddiadau'r prif labed wedi'u halinio. Er enghraifft, os defnyddir antena LP fertigol ar gyfer trosglwyddo a defnyddir antena LP llorweddol ar gyfer derbyniad, ni fydd unrhyw bŵer yn cael ei dderbyn. Yn yr adran hon, adolygir dulliau a adroddir ar gyfer cynyddu effeithlonrwydd derbyniad diwifr ac osgoi colledion diffyg cyfatebiaeth polareiddio. Rhoddir crynodeb o bensaernïaeth y rectenna arfaethedig mewn perthynas â phegynnu yn Ffigur 6 a cheir enghraifft o SoA yn Nhabl 4.
Ffigur 6
Mewn cyfathrebiadau cellog, mae'n annhebygol y bydd aliniad polareiddio llinol rhwng gorsafoedd sylfaen a ffonau symudol yn cael ei gyflawni, felly mae antenâu gorsaf sylfaen wedi'u cynllunio i fod wedi'u polareiddio'n ddeuol neu'n aml-begynol er mwyn osgoi colledion diffyg cyfatebiaeth 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 rhagdybiaeth o orsafoedd sylfaen symudol aml-begynol, mae antenâu RFEH cellog wedi'u cynllunio fel antenâu LP.
Defnyddir rectennas CP yn bennaf yn WPT oherwydd eu bod yn gymharol wrthsefyll diffyg cyfatebiaeth. Mae antenâu CP yn gallu derbyn ymbelydredd CP gyda'r un cyfeiriad cylchdroi (CP ar y chwith neu'r dde) yn ogystal â phob ton LP heb golli pŵer. Mewn unrhyw achos, mae'r antena CP yn trosglwyddo ac mae'r antena LP yn derbyn gyda cholled 3 dB (colled pŵer 50%). Dywedir bod rectenâu 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 o donnau wedi'u polareiddio'n fympwyol, mae amrywiaeth polareiddio yn cynrychioli ateb posibl i golledion diffyg cyfatebiaeth polareiddio.
Mae polareiddio llawn, a elwir hefyd yn aml-begynu, wedi'i gynnig i oresgyn colledion diffyg cyfatebiaeth polareiddio yn llwyr, gan alluogi casglu tonnau CP a LP, lle mae dwy elfen LP orthogonal deuol-polar yn derbyn yr holl donnau 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 dderbyn y gydran CP yn llawn a goresgyn y golled diffyg cyfatebiaeth polareiddio 3 dB:
Yn olaf, trwy gyfuniad DC, gellir derbyn tonnau digwyddiad o polareiddio mympwyol. Mae Ffigur 7 yn dangos geometreg y rectenna wedi'i begynu'n llawn yr adroddwyd amdano.
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, wrth gaffael aml-ffynhonnell, yn enwedig o ffynonellau amgylchynol, gall antenâu polariaidd llawn gyflawni gwell derbyniad cyffredinol a hygludedd mwyaf; mae angen pensaernïaeth aml-borthladd/aml-rectifier i gyfuno pŵer wedi'i bolareiddio'n llawn yn RF neu DC.
Crynodeb
Mae'r papur hwn yn adolygu'r cynnydd diweddar o ran dylunio antena ar gyfer RFEH a WPT, ac yn cynnig dosbarthiad safonol o ddyluniad antena ar gyfer RFEH a WPT nad yw wedi'i gynnig mewn llenyddiaeth flaenorol. Mae tri gofyniad antena sylfaenol ar gyfer cyflawni effeithlonrwydd RF-i-DC uchel wedi'u nodi fel:
1. Lled band rhwystriant cywiro antena ar gyfer bandiau diddordeb RFEH a WPT;
2. Prif aliniad llabed rhwng y trosglwyddydd a'r derbynnydd yn WPT o borthiant pwrpasol;
3. Paru polareiddio rhwng y rectenna a'r don digwyddiad waeth beth fo'r ongl a'r safle.
Yn seiliedig ar rwystriant, dosberthir rectennas yn rectennas cyfun 50Ω a chywirydd, gyda ffocws ar baru rhwystriant rhwng gwahanol fandiau a llwythi ac effeithlonrwydd pob dull paru.
Mae nodweddion ymbelydredd rectennas SoA wedi'u hadolygu o safbwynt uniongyrchedd a phegynnu. Trafodir dulliau i wella enillion trwy beamforming a phecynnu i oresgyn lled trawst cul. Yn olaf, mae rectenâu CP ar gyfer WPT yn cael eu hadolygu, ynghyd â gweithrediadau amrywiol i gyflawni derbyniad polareiddio-annibynnol ar gyfer WPT a RFEH.
I ddysgu mwy am antenâu, ewch i:
Amser postio: Awst-16-2024
