Desain Ko-Anteneu-Rectifier
Ciri-ciri rectennas nuturkeun topologi EG dina Gambar 2 nyaéta anteneu langsung cocog sareng rectifier, tinimbang standar 50Ω, anu meryogikeun ngaminimalkeun atanapi ngaleungitkeun sirkuit anu cocog pikeun ngagerakkeun rectifier. Bagian ieu marios kaunggulan rectennas SoA kalayan anteneu non-50Ω sareng rectennas tanpa jaringan anu cocog.
1. Antena Leutik Sacara Listrik
Antena cingcin résonansi LC parantos seueur dianggo dina aplikasi dimana ukuran sistem penting pisan. Dina frékuénsi di handap 1 GHz, panjang gelombang tiasa nyababkeun antena unsur anu disebarkeun standar ngeusian rohangan anu langkung seueur tibatan ukuran sakabéh sistem, sareng aplikasi sapertos transceiver anu terintegrasi pinuh pikeun implan awak khususna nguntungkeun tina panggunaan anteneu anu alit sacara listrik pikeun WPT.
Impedansi induktif anu luhur tina anteneu leutik (deukeut résonansi) tiasa dianggo pikeun ngagandengkeun langsung rectifier atanapi nganggo jaringan pencocokan kapasitif on-chip tambahan. Anteneu anu sacara listrik leutik parantos dilaporkeun dina WPT kalayan LP sareng CP di handap 1 GHz nganggo anteneu dipol Huygens, kalayan ka=0.645, sedengkeun ka=5.91 dina dipol normal (ka=2πr/λ0).
2. Antena konjugat penyearah
Impedansi input has dioda nyaéta kapasitif pisan, janten anteneu induktif diperyogikeun pikeun ngahontal impedansi konjugat. Kusabab impedansi kapasitif chip, anteneu induktif impedansi anu luhur parantos seueur dianggo dina tag RFID. Anteneu dipol nembe janten tren dina anteneu RFID impedansi kompléks, nunjukkeun impedansi anu luhur (résistansi sareng réaktansi) caket frékuénsi résonansina.
Antena dipol induktif parantos dianggo pikeun cocogkeun kapasitansi anu luhur tina penyearah dina pita frékuénsi anu dipikaresep. Dina anteneu dipol anu dilipet, garis pondok ganda (lipetan dipol) bertindak salaku transformator impedansi, anu ngamungkinkeun desain anteneu impedansi anu luhur pisan. Alternatipna, asupan bias tanggung jawab pikeun ningkatkeun réaktansi induktif ogé impedansi anu saleresna. Ngagabungkeun sababaraha unsur dipol bias sareng rintisan radial bow-tie anu henteu saimbang ngabentuk anteneu impedansi tinggi broadband ganda. Gambar 4 nunjukkeun sababaraha anteneu konjugat penyearah anu dilaporkeun.
Gambar 4
Karakteristik radiasi dina RFEH sareng WPT
Dina modél Friis, daya PRX anu ditampi ku anteneu dina jarak d ti pemancar mangrupikeun fungsi langsung tina gain panarima sareng pemancar (GRX, GTX).
Direktivitas lobus utama sareng polarisasi anteneu sacara langsung mangaruhan jumlah daya anu dikumpulkeun tina gelombang datang. Karakteristik radiasi anteneu mangrupikeun parameter konci anu ngabédakeun antara RFEH ambient sareng WPT (Gambar 5). Sanaos dina dua aplikasi média rambatan tiasa teu dipikanyaho sareng pangaruhna kana gelombang anu ditampi kedah dipertimbangkeun, pangaweruh ngeunaan anteneu anu ngirimkeun tiasa dimanfaatkeun. Tabel 3 ngaidentipikasi parameter konci anu dibahas dina bagian ieu sareng aplikasi na kana RFEH sareng WPT.
Gambar 5
1. Direktivitas sareng Gain
Dina kalolobaan aplikasi RFEH sareng WPT, dianggap yén kolektor henteu terang arah radiasi datang sareng teu aya jalur line-of-sight (LoS). Dina ieu karya, sababaraha desain sareng panempatan anteneu parantos ditalungtik pikeun maksimalkeun daya anu ditampi tina sumber anu teu dikenal, henteu gumantung kana panyelarasan lobus utama antara pemancar sareng panarima.
Antena omnidirectional parantos seueur dianggo dina rektenna RFEH lingkungan. Dina literatur, PSD rupa-rupa gumantung kana orientasi anteneu. Nanging, variasi kakuatan teu acan dijelaskeun, janten teu mungkin pikeun nangtukeun naha variasi éta disababkeun ku pola radiasi anteneu atanapi kusabab ketidakcocokan polarisasi.
Salian ti aplikasi RFEH, anteneu sareng susunan arah gain-luhur parantos dilaporkeun sacara lega pikeun WPT gelombang mikro pikeun ningkatkeun efisiensi pangumpulan kapadetan daya RF anu handap atanapi ngungkulan karugian rambatan. Susunan rectenna Yagi-Uda, susunan bowtie, susunan spiral, susunan Vivaldi anu rapet, susunan CPW CP, sareng susunan patch mangrupikeun implementasi rectenna anu tiasa diskalakeun anu tiasa ngamaksimalkeun kapadetan daya datang dina daérah anu tangtu. Pendekatan sanés pikeun ningkatkeun gain anteneu kalebet téknologi waveguide terpadu substrat (SIW) dina pita gelombang mikro sareng milimeter, khusus pikeun WPT. Nanging, rectenna gain-luhur dicirikeun ku lebar pancaran anu sempit, ngajantenkeun panampi gelombang dina arah anu teu dihaja teu efisien. Panalungtikan kana jumlah unsur anteneu sareng port nyimpulkeun yén diréktifitas anu langkung luhur henteu pakait sareng daya panén anu langkung luhur dina RFEH ambient kalayan nganggap insidensi tilu diménsi anu teu dihaja; ieu diverifikasi ku pangukuran lapangan di lingkungan perkotaan. Susunan gain-luhur tiasa diwatesan pikeun aplikasi WPT.
Pikeun mindahkeun kauntungan tina anteneu gain-luhur ka RFEH anu teu tangtu, solusi kemasan atanapi tata letak dianggo pikeun ngungkulan masalah diréktifitas. Gelang anteneu patch ganda diusulkeun pikeun ngumpulkeun énergi tina RFEH Wi-Fi ambient dina dua arah. Anteneu RFEH sélulér ambient ogé dirancang salaku kotak 3D sareng dicitak atanapi ditempelkeun kana permukaan éksternal pikeun ngirangan area sistem sareng ngamungkinkeun panén multi-arah. Struktur rektenna kubik nunjukkeun kamungkinan panarimaan énergi anu langkung luhur dina RFEH ambient.
Peningkatan desain anteneu pikeun ningkatkeun beamwidth, kalebet unsur patch parasit bantu, dilakukeun pikeun ningkatkeun WPT dina 2,4 GHz, susunan 4 × 1. Anteneu bolong 6 GHz kalayan sababaraha daérah beam ogé diusulkeun, nunjukkeun sababaraha beam per port. Rectenna permukaan multi-port, multi-rectifier sareng anteneu panén énergi kalayan pola radiasi omnidirectional parantos diusulkeun pikeun RFEH multi-arah sareng multi-polarisasi. Multi-rectifier kalayan matriks beamforming sareng susunan anteneu multi-port ogé parantos diusulkeun pikeun panén énergi multi-arah sareng gain tinggi.
Singkatna, sanaos anteneu gain-luhur langkung dipikaresep pikeun ningkatkeun daya anu dipanén tina kapadetan RF anu handap, panarima anu arahna luhur panginten henteu idéal dina aplikasi dimana arah pemancar henteu dipikanyaho (contona, RFEH ambient atanapi WPT ngalangkungan saluran rambatan anu henteu dipikanyaho). Dina karya ieu, sababaraha pendekatan multi-beam diusulkeun pikeun WPT gain-luhur multi-arah sareng RFEH.
2. Polarisasi Antena
Polarisasi anteneu ngajelaskeun gerakan véktor médan listrik relatif ka arah rambatan anteneu. Ketidakcocokan polarisasi tiasa nyababkeun panurunan transmisi/panarimaan antara anteneu sanajan arah lobus utama saluyu. Salaku conto, upami anteneu LP vertikal dianggo pikeun transmisi sareng anteneu LP horizontal dianggo pikeun panarimaan, moal aya daya anu bakal ditampi. Dina bagian ieu, metode anu dilaporkeun pikeun maksimalkeun efisiensi panarimaan nirkabel sareng nyingkahan karugian ketidakcocokan polarisasi diulas. Ringkesan arsitéktur rectenna anu diusulkeun ngeunaan polarisasi dipasihkeun dina Gambar 6 sareng conto SoA dipasihkeun dina Tabel 4.
Gambar 6
Dina komunikasi sélulér, panyelarasan polarisasi linier antara stasiun pangkalan sareng telepon sélulér sigana moal kahontal, janten anteneu stasiun pangkalan dirancang janten dual-polarisasi atanapi multi-polarisasi pikeun nyingkahan karugian ketidakcocokan polarisasi. Nanging, variasi polarisasi gelombang LP kusabab épék multipath tetep janten masalah anu teu acan direngsekeun. Dumasar kana anggapan stasiun pangkalan sélulér multi-polarisasi, anteneu RFEH sélulér dirancang salaku anteneu LP.
Rectenna CP utamina dianggo dina WPT sabab relatif tahan kana ketidakcocokan. Antena CP tiasa nampi radiasi CP kalayan arah rotasi anu sami (CP kénca atanapi katuhu) salian ti sadaya gelombang LP tanpa kaleungitan daya. Dina sagala hal, anteneu CP ngirimkeun sareng anteneu LP nampi kalayan kaleungitan 3 dB (kaleungitan daya 50%). Rectenna CP dilaporkeun cocog pikeun pita industri, ilmiah, sareng médis 900 MHz sareng 2,4 GHz sareng 5,8 GHz ogé gelombang milimeter. Dina RFEH gelombang anu terpolarisasi sacara acak, karagaman polarisasi ngagambarkeun solusi poténsial pikeun karugian ketidakcocokan polarisasi.
Polarisasi pinuh, ogé katelah multi-polarisasi, parantos diusulkeun pikeun ngungkulan karugian ketidakcocokan polarisasi sacara lengkep, ngamungkinkeun pangumpulan gelombang CP sareng LP, dimana dua unsur LP ortogonal dual-polarisasi sacara efektif nampi sadaya gelombang LP sareng CP. Pikeun ngagambarkeun ieu, tegangan bersih vertikal sareng horizontal (VV sareng VH) tetep konstan henteu paduli sudut polarisasi:
Médan listrik "E" gelombang éléktromagnétik CP, dimana daya dikumpulkeun dua kali (sakali per unit), sahingga nampi komponén CP sacara pinuh sareng ngungkulan karugian ketidakcocokan polarisasi 3 dB:
Pamungkas, ngaliwatan kombinasi DC, gelombang datang tina polarisasi anu teu dihoyongkeun tiasa ditampi. Gambar 7 nunjukkeun géométri tina rektangulas anu terpolarisasi pinuh anu dilaporkeun.
Gambar 7
Singkatna, dina aplikasi WPT kalayan catu daya khusus, CP langkung dipikaresep sabab ningkatkeun efisiensi WPT henteu paduli sudut polarisasi anteneu. Di sisi anu sanés, dina akuisisi multi-sumber, khususna tina sumber ambient, anteneu anu terpolarisasi pinuh tiasa ngahontal panarimaan sacara umum anu langkung saé sareng portabilitas maksimum; arsitéktur multi-port/multi-rectifier diperyogikeun pikeun ngagabungkeun daya terpolarisasi pinuh dina RF atanapi DC.
Ringkesan
Makalah ieu marios kamajuan anyar dina desain anteneu pikeun RFEH sareng WPT, sareng ngajukeun klasifikasi standar desain anteneu pikeun RFEH sareng WPT anu teu acan diajukeun dina literatur sateuacana. Tilu sarat dasar anteneu pikeun ngahontal efisiensi RF-ka-DC anu luhur parantos diidentifikasi salaku:
1. Lebar pita impedansi penyearah anteneu pikeun pita RFEH sareng WPT anu dipikaresep;
2. Pangaturan lobus utama antara pemancar sareng panarima dina WPT tina feed khusus;
3. Cocogkeun polarisasi antara rectenna sareng gelombang datang tanpa paduli sudut sareng posisi.
Dumasar kana impedansi, rekténna digolongkeun kana rekténna 50Ω sareng rekténna konjugat penyearah, kalayan fokus kana cocogna impedansi antara pita sareng beban anu béda sareng efisiensi unggal metode cocogna.
Karakteristik radiasi tina rectennas SoA parantos diulas tina sudut pandang direktivitas sareng polarisasi. Métode pikeun ningkatkeun gain ku beamforming sareng packaging pikeun ngungkulan beamwidth anu sempit dibahas. Pamungkas, rectennas CP pikeun WPT diulas, sareng rupa-rupa implementasi pikeun ngahontal panarimaan anu henteu gumantung kana polarisasi pikeun WPT sareng RFEH.
Kanggo terang langkung seueur ngeunaan anteneu, mangga buka:
Waktos posting: 16-Agu-2024
