Co-dhealbhadh Antenna-Ceartaiche
Is e feart nan ceart-cheàrnan a leanas topo-eòlas EG ann am Figear 2 gu bheil an antenna air a mhaidseadh gu dìreach ris an ath-cheartaiche, seach an ìre 50Ω, a dh’ fheumas a bhith a’ lughdachadh no a’ cuir às don chuairt mhaidseadh gus cumhachd a thoirt don ath-cheartaiche. Tha an earrann seo a’ dèanamh ath-sgrùdadh air buannachdan ceart-cheàrnan SoA le antennas neo-50Ω agus ceart-cheàrnan às aonais lìonraidhean maidseadh.
1. Antennaichean Beaga gu Dealanach
Chaidh antennas fàinne ath-shondach LC a chleachdadh gu farsaing ann an tagraidhean far a bheil meud an t-siostaim deatamach. Aig triceadan fo 1 GHz, faodaidh an tonn-fhaid adhbhrachadh gum bi antennas eileamaid sgaoilte àbhaisteach a’ gabhail barrachd àite na meud iomlan an t-siostaim, agus tha tagraidhean leithid tar-chuirichean làn-aonaichte airson implantan bodhaig gu sònraichte a’ faighinn buannachd bho bhith a’ cleachdadh antennas beaga gu dealain airson WPT.
Faodar an impedance ionduchtach àrd den antenna bheag (faisg air ath-shuidheachadh) a chleachdadh gus an ceartaichear a cheangal gu dìreach no le lìonra maidseadh comasach air-chip a bharrachd. Chaidh aithris air antennas beaga gu dealain 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. Antenna co-cheangailte ceartachaidh
Tha an impedance cuir a-steach àbhaisteach aig diode gu math comasach, agus mar sin tha feum air antenna ionduchtach gus impedance co-cheangailte a choileanadh. Air sgàth impedance comasach a’ chip, tha antennas ionduchtach àrd-impedance air an cleachdadh gu farsaing ann an tagaichean RFID. O chionn ghoirid tha antennas dipole air a bhith na ghluasad ann an antennas RFID impedance iom-fhillte, a’ taisbeanadh impedance àrd (strì agus ath-bhualadh) faisg air an tricead ath-shondach aca.
Chaidh antennas dipole ionduchtach a chleachdadh gus a bhith a rèir comas àrd an ceartaiche anns a’ chòmhlan tricead air a bheil ùidh. Ann an antenna dipole fillte, bidh an loidhne ghoirid dhùbailte (pasgadh dipole) ag obair mar chlaochladair impedance, a’ leigeil le dealbhadh antenna impedance air leth àrd. Air an làimh eile, tha biathadh claon an urra ri bhith ag àrdachadh an ath-bhualadh ionduchtach a bharrachd air an impedance fhèin. Le bhith a’ cothlamadh iomadh eileamaid dipole claon le stocan radial bogha-ceangail neo-chothromach, bidh antenna impedance àrd leathan-bann dùbailte ga chruthachadh. Tha Figear 4 a’ sealltainn cuid de na antennas co-cheangailte ceartaiche a chaidh aithris.
Figear 4
Feartan rèididheachd ann an RFEH agus WPT
Anns a’ mhodail Friis, tha an cumhachd PRX a gheibh antenna aig astar d bhon inneal-sgaoilidh na ghnìomh dìreach de na buannachdan a th’ aig a’ ghlacadair agus an inneal-sgaoilidh (GRX, GTX).
Bidh stiùireadh agus polarachadh prìomh lobe an antenna a’ toirt buaidh dhìreach air an ìre cumhachd a chruinnichear bhon tonn a tha a’ tighinn a-steach. Is e feartan rèididheachd antenna prìomh pharaimeatairean a tha a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar RFEH àrainneachdail agus WPT (Figear 5). Ged a dh’ fhaodadh nach eil fios dè am meadhan sgaoilidh anns an dà thagradh agus gum feumar beachdachadh air a’ bhuaidh a th’ aige air an tonn a gheibhear, faodar eòlas air an antenna tar-chuir a chleachdadh. Tha Clàr 3 a’ comharrachadh nam prìomh pharaimeatairean air an deach beachdachadh san earrann seo agus an comas buntainn ri RFEH agus WPT.
Figear 5
1. Stiùireadh agus Buannachd
Anns a’ mhòr-chuid de thagraidhean RFEH agus WPT, thathas a’ gabhail ris nach eil fios aig an neach-cruinneachaidh air stiùireadh an rèididheachd a tha a’ tighinn a-steach agus nach eil slighe loidhne-seallaidh (LoS) ann. San obair seo, chaidh iomadh dealbhadh agus suidheachadh antenna a sgrùdadh gus an cumhachd a gheibhear bho thùs neo-aithnichte a mheudachadh, neo-eisimeileach bho cho-thaobhadh prìomh lobe eadar an tar-chuir agus an glacadair.
Tha antennas uile-stiùiridh air an cleachdadh gu farsaing ann an ceart-cheàrnan RFEH àrainneachdail. Anns an litreachas, tha an PSD ag atharrachadh a rèir treòrachadh an antenna. Ach, chan eil an atharrachadh ann an cumhachd air a mhìneachadh, agus mar sin chan eil e comasach faighinn a-mach a bheil an t-atharrachadh mar thoradh air pàtran rèididheachd an antenna no mar thoradh air mì-cho-fhreagarrachd pòlarachaidh.
A bharrachd air tagraidhean RFEH, chaidh aithris gu farsaing air antennas agus sreathan stiùiridh àrd-bhuannachd airson WPT meanbh-thonn gus èifeachdas cruinneachaidh dùmhlachd cumhachd RF ìosal a leasachadh no gus call iomadachaidh a sheachnadh. Tha sreathan rectenna Yagi-Uda, sreathan bogha-ceangail, sreathan snìomhach, sreathan Vivaldi ceangailte gu teann, sreathan CPW CP, agus sreathan paiste am measg nan cur an gnìomh rectenna sgèileil as urrainn an dùmhlachd cumhachd tachartais a mheudachadh fo raon sònraichte. Am measg dhòighean eile gus buannachd antenna a leasachadh tha teicneòlas treòraiche tonn amalaichte fo-strat (SIW) ann am bannan tonn meanbh-thonn agus millimeatair, sònraichte do WPT. Ach, tha rectennas àrd-bhuannachd air an comharrachadh le leudan beam cumhang, a’ dèanamh gabhail tonnan ann an stiùiridhean neo-riaghailteach neo-èifeachdach. Cho-dhùin rannsachaidhean air an àireamh de eileamaidean antenna agus puirt nach eil stiùireadh nas àirde a’ freagairt ri cumhachd buain nas àirde ann an RFEH àrainneachdail a’ gabhail ris gu bheil tachartas trì-thaobhach neo-riaghailteach ann; chaidh seo a dhearbhadh le tomhais achaidh ann an àrainneachdan bailteil. Faodar sreathan àrd-bhuannachd a chuingealachadh ri tagraidhean WPT.
Gus buannachdan antennas àrd-bhuannachd a ghluasad gu RFEHan neo-riaghailteach, thathas a’ cleachdadh fuasglaidhean pacaidh no cruth gus faighinn thairis air a’ chùis stiùiridh. Thathas a’ moladh bann-làimhe antenna dà-phaiste gus lùth a bhuain bho RFEHan Wi-Fi àrainneachdail ann an dà stiùireadh. Tha antennas RFEH ceallach àrainneachdail cuideachd air an dealbhadh mar bhogsaichean 3D agus air an clò-bhualadh no air an cumail ri uachdaran a-muigh gus farsaingeachd an t-siostaim a lughdachadh agus gus buain ioma-stiùiridh a chomasachadh. Tha coltachd nas àirde aig structaran ceart-cheàrnach ciùbach airson gabhail lùtha ann an RFEHan àrainneachdail.
Chaidh leasachaidhean a dhèanamh air dealbhadh antenna gus leud-beam a mheudachadh, a’ gabhail a-steach eileamaidean paiste dìosganach taiceil, gus WPT a leasachadh aig sreathan 2.4 GHz, 4 × 1. Chaidh antenna mogaill 6 GHz le iomadh roinn-beam a mholadh cuideachd, a’ taisbeanadh iomadh-beam gach port. Chaidh ceart-cheàrnan uachdar ioma-phort, ioma-cheartaiche agus antennas buain lùtha le pàtrain rèididheachd omnidirectional a mholadh airson RFEH ioma-stiùiridh agus ioma-polarichte. Chaidh ioma-cheartaichean le matrais beamforming agus sreathan antenna ioma-phort a mholadh cuideachd airson buain lùtha ioma-stiùiridh, àrd-bhuannachd.
Mar gheàrr-chunntas, ged a b’ fheàrr antennas àrd-bhuannachd gus an cumhachd a gheibhear bho dùmhlachdan RF ìosal a leasachadh, is dòcha nach bi glacadairean àrd-stiùiridh freagarrach ann an tagraidhean far nach eil stiùireadh an tar-chuir aithnichte (me, RFEH no WPT àrainneachdail tro shianalan iomadachaidh neo-aithnichte). San obair seo, thathas a’ moladh iomadh dòigh-obrach ioma-bhìom airson WPT agus RFEH àrd-bhuannachd ioma-stiùiridh.
2. Polarachadh Antenna
Tha poilearachd antenna a’ toirt cunntas air gluasad vectar an achaidh dealain an coimeas ri stiùireadh iomadachaidh antenna. Faodaidh mì-cho-fhreagarrachd poilearachd leantainn gu lùghdachadh ann an tar-chur/gabhail eadar antennas eadhon nuair a tha na prìomh stiùiridhean lobe air an co-thaobhadh. Mar eisimpleir, ma thèid antenna LP dìreach a chleachdadh airson tar-chur agus antenna LP còmhnard airson gabhail, cha tèid cumhachd fhaighinn. Anns an earrainn seo, thathar a’ dèanamh ath-sgrùdadh air dòighean a chaidh aithris airson èifeachdas gabhail gun uèir a mheudachadh agus call mì-cho-fhreagarrachd poilearachd a sheachnadh. Tha geàrr-chunntas den ailtireachd rectenna a chaidh a mholadh a thaobh poilearachd air a thoirt seachad ann am Figear 6 agus tha eisimpleir de SoA air a thoirt seachad ann an Clàr 4.
Figear 6
Ann an conaltradh ceallach, tha e eu-coltach gun tèid co-thaobhadh pòlarachaidh loidhneach eadar stèiseanan bunaiteach agus fònaichean-làimhe a choileanadh, agus mar sin tha antennas stèiseanan bunaiteach air an dealbhadh gus a bhith dà-phòlaraichte no ioma-phòlaraichte gus call mì-cho-fhreagarrachd pòlarachaidh a sheachnadh. Ach, tha an atharrachadh pòlarachaidh ann an tonnan LP mar thoradh air buaidhean ioma-shlighe fhathast na dhuilgheadas gun fhuasgladh. Stèidhichte air a’ bharail gu bheil stèiseanan bunaiteach gluasadach ioma-phòlaraichte, tha antennas RFEH ceallach air an dealbhadh mar antennas LP.
Tha ceart-cheàrnan CP air an cleachdadh sa mhòr-chuid ann an WPT leis gu bheil iad an ìre mhath an aghaidh mì-chothromachadh. Tha antennas CP comasach air rèididheachd CP fhaighinn leis an aon stiùireadh rothlaidh (CP clì no deas) a bharrachd air a h-uile tonn LP gun chall cumhachd. Co-dhiù, bidh an antenna CP a’ tar-chuir agus an antenna LP a’ faighinn le call 3 dB (call cumhachd 50%). Thathas ag aithris gu bheil ceart-cheàrnan CP freagarrach airson còmhlain gnìomhachais, saidheansail agus meidigeach 900 MHz agus 2.4 GHz agus 5.8 GHz a bharrachd air tonnan millimeatair. Ann an RFEH de thonnan air am polarachadh gu neo-riaghailteach, tha iomadachd polarachaidh a’ riochdachadh fuasgladh a dh’ fhaodadh a bhith ann airson call mì-chothromachadh polarachaidh.
Chaidh làn-pholarachadh, ris an canar ioma-pholarachadh cuideachd, a mholadh gus call mì-chothromachaidh poilearachd a sheachnadh gu tur, a’ comasachadh cruinneachadh tonnan CP agus LP, far a bheil dà eileamaid LP ceart-cheàrnach dà-phoilearachd a’ faighinn a h-uile tonn LP agus CP gu h-èifeachdach. Gus seo a mhìneachadh, tha na bholtaids lom dìreach is còmhnard (VV agus VH) seasmhach ge bith dè an ceàrn poilearachd:
Tonn electromagnetic CP raon dealain “E”, far a bheilear a’ cruinneachadh cumhachd dà uair (aon uair gach aonad), agus mar sin a’ faighinn a’ phàirt CP gu h-iomlan agus a’ faighinn thairis air call mì-chothromachaidh pòlarachaidh 3 dB:
Mu dheireadh, tro chothlamadh DC, faodar tonnan tachartais de phòlarachadh neo-riaghailteach fhaighinn. Tha Figear 7 a’ sealltainn geoimeatraidh an rectenna làn-phòlaraichte a chaidh aithris.
Figear 7
Mar gheàrr-chunntas, ann an tagraidhean WPT le solar cumhachd sònraichte, is fheàrr CP oir tha e a’ leasachadh èifeachdas WPT ge bith dè an ceàrn pòlarachaidh a th’ aig an antenna. Air an làimh eile, ann an togail ioma-stòrais, gu sònraichte bho stòran àrainneachdail, faodaidh antennas làn-phòlaraichte gabhail iomlan nas fheàrr agus an comas giùlain as motha a choileanadh; tha feum air ailtireachd ioma-phort/ioma-cheartaiche gus cumhachd làn-phòlaraichte a chur còmhla aig RF no DC.
Geàrr-chunntas
Tha am pàipear seo a’ dèanamh ath-sgrùdadh air an adhartas a chaidh a dhèanamh 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. Chaidh trì riatanasan bunaiteach antenna a chomharrachadh airson èifeachdas àrd RF-gu-DC a choileanadh mar:
1. Leud-bann impedance ceartaiche antenna airson na còmhlain RFEH agus WPT a tha fo cheist;
2. Co-thaobhadh prìomh lobe eadar an tar-chuir agus an glacadair ann an WPT bho bhiadhadh sònraichte;
3. Maidseadh pòlarachaidh eadar an rectenna agus an tonn tachartais ge bith dè an ceàrn agus an suidheachadh.
Stèidhichte air bacadh, tha ceart-cheàrnan air an seòrsachadh ann an ceart-cheàrnan 50Ω agus ceart-cheàrnan co-cheangailte, le fòcas air maidseadh bacadh eadar diofar chòmhlain agus luchdan agus èifeachdas gach dòigh maidseadh.
Chaidh feartan rèididheachd rectennas SoA ath-sgrùdadh bho shealladh stiùiridh agus poilearachd. Tha dòighean air buannachd a leasachadh le bhith a’ cruthachadh beam agus a’ pacadh gus faighinn thairis air leud beam cumhang air an deasbad. Mu dheireadh, tha rectennas CP airson WPT air an ath-sgrùdadh, còmhla ri diofar chur an gnìomh gus gabhail neo-eisimeileach bho phoilearachd a choileanadh airson WPT agus RFEH.
Gus barrachd ionnsachadh mu dheidhinn antennas, tadhail air:
Àm puist: 16 Lùnastal 2024
