Co-dhealbhadh Antenna-Rectifier
Is e feart rectennas a’ leantainn topology EG ann am Figear 2 gu bheil an antenna air a mhaidseadh gu dìreach ris an neach-ceartachaidh, seach an inbhe 50Ω, a dh’ fheumas a bhith a’ lughdachadh no a’ cuir às don chuairt maidsidh gus cumhachd a thoirt don cheartaiche. Tha an earrann seo a’ dèanamh lèirmheas air na buannachdan a tha an lùib SoA rectennas le antennas neo-50Ω agus rectennas gun a bhith a’ maidseadh lìonraidhean.
1. Antennas beaga dealanach
Chaidh antennas fàinne athshondach LC a chleachdadh gu farsaing ann an tagraidhean far a bheil meud siostam deatamach. Aig triceadan fo 1 GHz, faodaidh an tonn-tonn adhbhrachadh gum bi antennas eileamaid sgaoilte àbhaisteach a ’gabhail barrachd àite na meud iomlan an t-siostam, agus tha tagraidhean leithid transceivers làn-amalaichte airson implantan bodhaig gu sònraichte a’ faighinn buannachd bho bhith a ’cleachdadh antennas beaga dealain airson WPT.
Faodar bacadh àrd inductive an antenna bheag (faisg air ath-shuidheachadh) a chleachdadh gus an ceartaiche a cheangal gu dìreach no le lìonra maidsidh capacitive air-chip a bharrachd. Chaidh aithris a dhèanamh air antennas beaga dealanach ann an WPT le LP agus CP fo 1 GHz a’ cleachdadh antennas dipole Huygens, le ka = 0.645, agus ka = 5.91 ann an dipoles àbhaisteach (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate antenna
Tha an cnap-starra cuir a-steach àbhaisteach aig diode gu math comasach, agus mar sin tha feum air antenna inductive gus bacadh co-chuingealaichte a choileanadh. Mar thoradh air bacadh capacitive a ’chip, chaidh antennas inductive àrd-chnap-starra a chleachdadh gu farsaing ann an tagaichean RFID. O chionn ghoirid tha antennas dipole air a thighinn gu bhith na ghluasad ann an antennas iom-fhillte bacaidh RFID, a ’nochdadh àrd-chnap-starra (seasamh an aghaidh agus reactance) faisg air cho tric agus a tha iad.
Chaidh antennas dipole inductive a chleachdadh gus a bhith co-ionnan ri comas àrd an ceartachaidh anns a’ chòmhlan tricead ùidh. Ann an antenna dipole fillte, tha an loidhne ghoirid dhùbailte (pasgadh dipole) ag obair mar chruth-atharrachaidh bacaidh, a’ ceadachadh dealbhadh antenna cnap-starra fìor àrd. Air an làimh eile, tha e an urra ri biadhadh bias an reactance inductive a mheudachadh a bharrachd air a’ bhacadh dha-rìribh. Le bhith a’ cothlamadh grunn eileamaidean dipole claon le stubs radial ceangail bogha neo-chothromach a’ cruthachadh antenna bann-leathann àrd le bacadh àrd. Tha Figear 4 a’ sealltainn cuid de antennas co-chuingealaichte ceartachaidh a chaidh aithris.
Figear 4
Feartan rèididheachd ann an RFEH agus WPT
Ann am modail Friis, tha an cumhachd PRX a gheibh antenna aig astar d bhon inneal-sgaoilidh na ghnìomh dhìreach den ghlacadair agus buannachdan sgaoilidh (GRX, GTX).
Bidh prìomh stiùireadh lobe an antenna agus polarachadh a ’toirt buaidh dhìreach air an ìre de chumhachd a thèid a chruinneachadh bhon tonn tachartais. Tha feartan rèididheachd antenna nam prìomh pharaimearan a tha ag eadar-dhealachadh eadar RFEH àrainneachdail agus WPT (Figear 5). Ged is dòcha nach eil fios air a’ mheadhan iomadachaidh anns an dà thagradh agus feumar beachdachadh air a’ bhuaidh a th’ aige air an tonn a fhuaireadh, faodar brath a ghabhail air eòlas air an antenna tar-chuir. Tha Clàr 3 a’ comharrachadh nam prìomh pharamadairean air an deach beachdachadh san earrann seo agus am iomchaidheachd a thaobh RFEH agus WPT.
Figear 5
1. Directivity and Gain
Anns a’ mhòr-chuid de thagraidhean RFEH agus WPT, thathas a’ gabhail ris nach eil fios aig an neach-cruinneachaidh air stiùir an rèididheachd tachartais agus nach eil slighe loidhne-seallaidh (LoS) ann. Anns an obair seo, chaidh sgrùdadh a dhèanamh air grunn dhealbhaidhean antenna agus greisean gnìomhachais gus an cumhachd as motha fhaighinn bho stòr neo-aithnichte, neo-eisimeileach bhon phrìomh cho-thaobhadh lobe eadar an inneal-sgaoilidh agus an cuidhteas.
Thathas air antennas omnidirectional a chleachdadh gu farsaing ann an rectennas RFEH àrainneachd. Anns an litreachas, tha an PSD ag atharrachadh a rèir stiùireadh an antenna. Ach, cha deach an eadar-dhealachadh ann an cumhachd a mhìneachadh, agus mar sin chan eil e comasach faighinn a-mach a bheil an atharrachadh mar thoradh air pàtran rèididheachd an antenna no mar thoradh air mì-chothromachadh polarization.
A bharrachd air tagraidhean RFEH, chaidh aithris farsaing a dhèanamh air antennas stiùiridh àrd-bhuannachd agus arrays airson microwave WPT gus èifeachdas cruinneachaidh dùmhlachd cumhachd RF ìosal a leasachadh no faighinn thairis air call iomadachaidh. Tha arrays rectenna Yagi-Uda, arrays bowtie, arrays shnìomhanach, arrays Vivaldi ceangailte gu teann, arrays CPW CP, agus arrays paiste am measg nam buileachadh rectenna scalable as urrainn an dùmhlachd cumhachd tachartais a mheudachadh fo raon sònraichte. Tha dòighean-obrach eile airson buannachd antenna a leasachadh a’ toirt a-steach teicneòlas stiùireadh tonn aonaichte substrate (SIW) ann am bannan tonn microwave agus millimeter, gu sònraichte do WPT. Ach, tha rectennas àrd-bhuannachd air a chomharrachadh le leudan giùlan cumhang, a 'dèanamh fàilteachadh tonnan ann an treòrachadh neo-riaghailteach neo-èifeachdach. Cho-dhùin sgrùdaidhean air an àireamh de eileamaidean antenna agus puirt nach eil stiùireadh nas àirde a rèir cumhachd buain nas àirde ann an RFEH àrainneachdail a’ gabhail ris gu bheil tachartas neo-riaghailteach trì-thaobhach; chaidh seo a dhearbhadh le tomhasan làraich ann an àrainneachdan bailteil. Faodaidh arrays buannachd àrd a bhith cuingealaichte ri tagraidhean WPT.
Gus buannachdan antennas àrd-bhuannachd a ghluasad gu RFEHn neo-riaghailteach, thathas a’ cleachdadh fuasglaidhean pacaidh no cruth gus faighinn thairis air a’ chùis stiùiridh. Thathas a’ moladh bann-dùirn antenna dà-chòmhdach gus lùth a bhuain bho RFEHn Wi-Fi àrainneachd ann an dà thaobh. Tha antennas RFEH ceallach àrainneachdail cuideachd air an dealbhadh mar bhogsaichean 3D agus air an clò-bhualadh no a’ cumail ri uachdar taobh a-muigh gus farsaingeachd an t-siostaim a lughdachadh agus buain ioma-stiùiridh a chomasachadh. Tha structaran rectenna ciùbach a’ nochdadh coltachd nas àirde de fhàilteachadh lùtha ann an RFEHn àrainneachdail.
Chaidh leasachaidhean air dealbhadh antenna gus leud-beam àrdachadh, a’ toirt a-steach eileamaidean paiste dìosganach cuideachail, a dhèanamh gus WPT a leasachadh aig arrays 2.4 GHz, 4 × 1. Chaidh antenna mogal 6 GHz le grunn roinnean beam a mholadh cuideachd, a’ nochdadh grunn sailean gach port. Chaidh rectennas uachdar ioma-phort, ioma-cheartachaidh agus antennas buain lùth le pàtrain rèididheachd omnidirectional a mholadh airson RFEH ioma-stiùiridh agus ioma-polarized. Thathas cuideachd a’ moladh ioma-cheartadairean le matrices beamforming agus arrays antenna ioma-phort airson buain lùth àrd-bhuannachd, ioma-stiùiridh.
Ann an geàrr-chunntas, ged a b’ fheàrr le antennas àrd-bhuannachd gus an cumhachd a thèid a bhuain bho dhlùths RF ìosal a leasachadh, is dòcha nach bi glacadairean àrd-stiùiridh air leth freagarrach ann an tagraidhean far nach eil fios air stiùir an tar-chuir (me, RFEH àrainneachdail no WPT tro shianalan iomadachaidh neo-aithnichte). Anns an obair seo, thathas a’ moladh grunn dhòighean-obrach ioma-beam airson WPT àrd-bhuannachd ioma-stiùiridh agus RFEH.
2. Polarachadh antenna
Tha polarachadh antenna a’ toirt cunntas air gluasad an vectar raon dealain an coimeas ri stiùireadh iomadachadh antenna. Faodaidh mì-chothromachadh polarachaidh leantainn gu sgaoileadh / fàilteachadh nas lugha eadar antennas eadhon nuair a tha na prìomh stiùiridhean lobe air an aon rèir. Mar eisimpleir, ma thèid antenna LP dìreach a chleachdadh airson tar-chuir agus antenna LP còmhnard air a chleachdadh airson fàilteachadh, chan fhaighear cumhachd. Anns an earrainn seo, thathas a’ dèanamh ath-sgrùdadh air dòighean a chaidh aithris airson a bhith a’ meudachadh èifeachdas fàilteachaidh gun uèir agus a’ seachnadh call mì-chothromachadh polarachaidh. Tha geàrr-chunntas den ailtireachd rectenna a tha san amharc a thaobh polarachadh air a thoirt seachad ann am Figear 6 agus tha eisimpleir SoA air a thoirt seachad ann an Clàr 4.
Figear 6
Ann an conaltradh cealla, chan eil e coltach gun tèid co-thaobhadh polarachadh sreathach eadar stèiseanan bunaiteach agus fònaichean-làimhe a choileanadh, agus mar sin tha antennas stèisean bunaiteach air an dealbhadh gus a bhith dà-polarized no ioma-polar gus call mì-chothromachd polarization a sheachnadh. Ach, tha an atharrachadh polarization de thonnan LP mar thoradh air buaidhean ioma-shlighe fhathast na dhuilgheadas gun fhuasgladh. Stèidhichte air a’ bharail mu stèiseanan gluasadach ioma-polarized, tha antennas ceallach RFEH air an dealbhadh mar antennas LP.
Bidh rectennas CP air an cleachdadh sa mhòr-chuid ann an WPT seach gu bheil iad gu ìre mhòr an aghaidh mì-chothromachadh. Bidh antennas CP comasach air rèididheachd CP fhaighinn leis an aon stiùireadh cuairteachaidh (CP air an làimh chlì no air an làimh dheis) a bharrachd air a h-uile tonn LP gun chall cumhachd. Ann an suidheachadh sam bith, bidh an antenna CP a ’sgaoileadh agus bidh an antenna LP a’ faighinn le call 3 dB (call cumhachd 50%). Thathas ag aithris gu bheil rectennas CP freagarrach airson bannan gnìomhachais, saidheansail agus meidigeach 900 MHz agus 2.4 GHz agus 5.8 GHz a bharrachd air tonnan millimeter. Ann an RFEH de thonnan polarichte gu neo-riaghailteach, tha iomadachd polarachaidh a 'riochdachadh fuasgladh a dh'fhaodadh a bhith ann airson call neo-ionnanachd polarization.
Chaidh làn polarachadh, ris an canar cuideachd ioma-polarization, a mholadh gus faighinn thairis air call neo-chothromachd polarization gu tur, a’ comasachadh an dà chuid tonnan CP agus LP a chruinneachadh, far am faigh dà eileamaid LP orthogonal dà-polarized gu h-èifeachdach a h-uile tonn LP agus CP. Gus seo a nochdadh, tha na bholtachd lìon dìreach is còmhnard (VV agus VH) fhathast seasmhach ge bith dè an ceàrn polarachaidh a th’ ann:
Raon dealain tonn electromagnetic CP “E”, far a bheil cumhachd air a chruinneachadh dà uair (aon uair gach aonad), mar sin a ’faighinn làn phàirt CP agus a’ faighinn thairis air call mì-chothromachadh polarization 3 dB:
Mu dheireadh, tro chothlamadh DC, gheibhear tonnan tachartais de polarachadh neo-riaghailteach. Tha Figear 7 a’ sealltainn geoimeatraidh nan rectenna làn-phòla a chaidh aithris.
Figear 7
Ann an geàrr-chunntas, ann an tagraidhean WPT le solar cumhachd sònraichte, is fheàrr le CP leis gu bheil e a’ leasachadh èifeachdas WPT ge bith dè an ceàrn polarachaidh aig an antenna. Air an làimh eile, ann an togail ioma-stòr, gu h-àraidh bho stòran àrainneachd, faodaidh antennas làn-phòla fàilteachadh iomlan nas fheàrr agus an comas giùlain as motha a choileanadh; tha feum air ailtireachd ioma-phort / ioma-cheartachaidh gus cumhachd làn polar a thoirt còmhla aig RF no DC.
Geàrr-chunntas
Tha am pàipear seo a’ dèanamh lèirmheas air an adhartas o chionn ghoirid ann an dealbhadh antenna airson RFEH agus WPT, agus a’ moladh seòrsachadh àbhaisteach de dhealbhadh antenna airson RFEH agus WPT nach deach a mholadh ann an litreachas roimhe. Tha trì riatanasan antenna bunaiteach airson coileanadh àrd èifeachdas RF-gu-DC air an comharrachadh mar:
1. Antenna rectifier impedance bandwidth airson an RFEH agus WPT còmhlain ùidh;
2. Co-thaobhadh prìomh lobe eadar inneal-sgaoilidh agus cuidhteas ann an WPT bho bhiadhadh sònraichte;
3. Co-fhreagairt polarization eadar an rectenna agus an tonn tachartais ge bith dè an ceàrn agus an suidheachadh.
Stèidhichte air bacadh, tha rectennas air an seòrsachadh ann an 50Ω agus rectennas conjugate rectifier, le fòcas air maidseadh bacaidh eadar diofar chòmhlain is luchdan agus èifeachdas gach dòigh maidsidh.
Chaidh feartan rèididheachd SoA rectennas ath-sgrùdadh bho shealladh stiùireadh agus polarachadh. Thathas a’ bruidhinn air dòighean gus buannachd a leasachadh le bhith a’ cumadh giùlan agus pacadh gus faighinn thairis air leud giùlan cumhang. Mu dheireadh, thathas ag ath-sgrùdadh rectennas CP airson WPT, còmhla ri diofar bhuileachadh gus fàilteachadh polarization-eisimeileach a choileanadh airson WPT agus RFEH.
Airson tuilleadh fiosrachaidh mu antennas, tadhail air:
Ùine puist: Lùnastal-16-2024
