Anteneu-Rectifier Co-desain
Ciri tina rectennas handap topologi misalna dina Gambar 2 nyaeta anteneu langsung cocog kana panyaarah, tinimbang standar 50Ω, nu merlukeun ngaleutikan atawa ngaleungitkeun sirkuit cocog pikeun kakuatan panyaarah. Bagian ieu ulasan kaunggulan rectennas SoA kalawan anteneu non-50Ω sarta rectennas tanpa jaringan cocog.
1. Anteneu Leutik listrik
anteneu ring resonant LC geus loba dipaké dina aplikasi mana ukuran sistem kritis. Dina frékuénsi handap 1 GHz, panjang gelombang bisa ngabalukarkeun anteneu unsur disebarkeun standar nempatan leuwih spasi ti ukuran sakabéh sistem, sarta aplikasi kayaning transceiver terpadu pinuh pikeun implants awak utamana kauntungan tina pamakéan anteneu leutik listrik pikeun WPT.
Impedansi induktif anu luhur tina anteneu leutik (deukeut résonansi) tiasa dianggo pikeun ngapasangkeun panyaarah atanapi nganggo jaringan cocog kapasitif on-chip tambahan. Anteneu leutik listrik geus dilaporkeun dina WPT kalawan LP na CP handap 1 GHz ngagunakeun anteneu Huygens dipole, kalawan ka = 0,645, sedengkeun ka = 5,91 dina dipol normal (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate anteneu
Impedansi input has dioda téh kacida kapasitif, jadi anteneu induktif diperlukeun pikeun ngahontal impedansi conjugate. Kusabab impedansi kapasitif tina chip, anteneu induktif impedansi tinggi geus loba dipaké dina tag RFID. Antena dipole nembe janten tren dina anteneu RFID impedansi kompléks, nunjukkeun impedansi anu luhur (résistansi sareng réaktansi) caket frékuénsi résonansi na.
Anteneu dipole induktif parantos dianggo pikeun cocog sareng kapasitansi luhur panyaarah dina pita frékuénsi anu dipikaresep. Dina anteneu dipole narilep, garis pondok ganda (dipole tilepan) tindakan minangka trafo impedansi, ngamungkinkeun desain anteneu impedansi pisan tinggi. Alternatipna, dahar bias tanggung jawab pikeun ngaronjatkeun réaktansi induktif ogé impedansi sabenerna. Ngagabungkeun sababaraha elemen dipole bias sareng bow-tie radial stubs teu saimbang ngabentuk anteneu impedansi tinggi broadband dual. angka 4 nembongkeun sababaraha dilaporkeun rectifier conjugate anteneu.
Gambar 4
Karakteristik radiasi dina RFEH sareng WPT
Dina modél Friis, kakuatan PRX ditampi ku anteneu dina jarak d ti pamancar mangrupa fungsi langsung tina panarima tur gains pamancar (GRX, GTX).
Directivity lobus utama anteneu sareng polarisasi langsung mangaruhan jumlah kakuatan anu dikumpulkeun tina gelombang kajadian. Karakteristik radiasi anteneu mangrupakeun parameter konci anu ngabedakeun antara RFEH ambient na WPT (gambar 5). Nalika dina duanana aplikasi, médium rambatan tiasa teu dipikanyaho sareng pangaruhna kana gelombang anu ditampi kedah dipertimbangkeun, pangaweruh ngeunaan anteneu pangirim tiasa dieksploitasi. meja 3 nangtukeun parameter konci dibahas dina bagian ieu sarta applicability maranéhna pikeun RFEH na WPT.
Gambar 5
1. Directivity jeung gain
Dina sabagéan ageung aplikasi RFEH sareng WPT, dianggap yén kolektor henteu terang arah radiasi kajadian sareng henteu aya jalur line-of-sight (LoS). Dina karya ieu, sababaraha desain anteneu sarta panempatan geus ditalungtik pikeun maksimalkeun pungsi kakuatan narima ti sumber nu teu dipikanyaho, bebas tina alignment lobus utama antara pamancar jeung panarima.
anteneu Omnidirectional geus loba dipaké dina rectennas RFEH lingkungan. Dina literatur, PSD beda-beda gumantung kana orientasi anteneu. Sanajan kitu, variasi dina kakuatan teu acan dipedar, jadi teu mungkin pikeun nangtukeun naha variasi téh alatan pola radiasi anteneu atawa alatan polarisasi mismatch.
Salian aplikasi RFEH, anteneu arah gain tinggi na arrays geus lega dilaporkeun pikeun microwave WPT pikeun ngaronjatkeun efisiensi ngumpulkeun dénsitas kakuatan RF low atawa nungkulan karugian rambatan. Yagi-Uda susunan rectenna, bowtie arrays, spiral arrays, tightly gandeng Vivaldi arrays, CPW CP arrays, sarta patch arrays mangrupakeun diantara palaksanaan rectenna scalable nu bisa ngamaksimalkeun dénsitas kakuatan kajadian dina wewengkon nu tangtu. Pendekatan séjén pikeun ningkatkeun gain anteneu kalebet téknologi substrate integrated waveguide (SIW) dina gelombang gelombang mikro sareng milimeter, khusus pikeun WPT. Sanajan kitu, rectennas gain tinggi dicirikeun ku beamwidths sempit, sahingga panarimaan gelombang dina arah sawenang-wenang teu efisien. Panalungtikan kana jumlah elemen anteneu jeung palabuhan menyimpulkan yén directivity luhur teu pakait jeung kakuatan dipanén luhur di RFEH ambient asumsina tilu diménsi incidence sawenang; ieu diverifikasi ku pangukuran lapangan di lingkungan kota. Asép Sunandar Sunarya High-gain bisa diwatesan ku aplikasi WPT.
Pikeun nransferkeun mangpaat anteneu gain tinggi ka RFEHs sawenang, bungkusan atawa solusi perenah garapan pikeun nungkulan masalah directivity. Gelang anteneu dual-patch diusulkeun pikeun ngumpulkeun énergi tina RFEH Wi-Fi ambien dina dua arah. Anteneu RFEH sélular ambient ogé dirarancang salaku kotak 3D sareng dicitak atanapi dipatalikeun kana permukaan éksternal pikeun ngirangan aréa sistem sareng ngaktifkeun panén multi-arah. Struktur rectenna kubik némbongkeun kamungkinan luhur panarimaan énergi dina RFEHs ambient.
Perbaikan desain anteneu pikeun ningkatkeun lebar beam, kalebet elemen patch parasit bantu, dilakukeun pikeun ningkatkeun WPT dina 2,4 GHz, 4 × 1 arrays. Antena bolong 6 GHz sareng sababaraha daérah pancaran ogé diajukeun, nunjukkeun sababaraha balok per port. Multi-port, multi-rectifier rectennas permukaan jeung tanaga Panén anteneu kalawan pola radiasi omnidirectional geus diusulkeun pikeun multi-arah jeung multi-polarized RFEH. Multi-rectifiers kalawan matrices beamforming sarta arrays anteneu multi-port ogé geus diusulkeun pikeun gain tinggi, Panén énergi multi-arah.
Ringkesanna, bari anteneu gain tinggi leuwih milih pikeun ngaronjatkeun daya dipanén tina kapadetan RF low, panarima kacida arah bisa jadi teu idéal dina aplikasi dimana arah pamancar teu kanyahoan (contona, ambient RFEH atawa WPT ngaliwatan saluran rambatan kanyahoan). Dina karya ieu, sababaraha pendekatan multi-beam diusulkeun pikeun multi-arah gain tinggi WPT na RFEH.
2. Polarisasi anteneu
Polarisasi anteneu ngajelaskeun gerakan vektor médan listrik relatif ka arah rambatan anteneu. Polarisasi mismatches bisa ngakibatkeun ngurangan transmisi / panarimaan antara anteneu sanajan arah lobus utama anu Blok. Contona, upami anteneu LP nangtung dipaké pikeun pangiriman jeung anteneu LP horizontal dipaké pikeun panarimaan, kakuatan moal narima. Dina bagian ieu, dilaporkeun métode pikeun maksimalkeun pungsi efisiensi panarimaan nirkabel sarta Ngahindarkeun leungitna polarisasi mismatch reviewed. Ringkesan arsitéktur rectenna anu diusulkeun ngeunaan polarisasi dirumuskeun dina Gambar 6 sareng conto SoA dirumuskeun dina Tabel 4.
Gambar 6
Dina komunikasi sélulér, alignment polarisasi linier antara base station jeung telepon sélulér téh saperti teu mirip kahontal, jadi anteneu base station dirancang jadi dual-polarized atawa multi-polarized pikeun nyegah polarisasi mismatch karugian. Sanajan kitu, variasi polarisasi gelombang LP alatan éfék multipath tetep masalah teu karengsekeun. Dumasar kana anggapan stasiun base mobile multi-polarized, anteneu RFEH sélular dirancang salaku anteneu LP.
CP rectennas utamana dipaké dina WPT sabab rélatif tahan kana mismatch. Anteneu CP tiasa nampi radiasi CP kalayan arah rotasi anu sami (CP leungeun kénca atanapi katuhu) salian ti sadaya gelombang LP tanpa kaleungitan kakuatan. Dina sagala hal, anteneu CP ngirimkeun sareng anteneu LP nampi kalayan leungitna 3 dB (kaleungitan kakuatan 50%). Rectennas CP dilaporkeun cocog pikeun 900 MHz sareng 2.4 GHz sareng 5.8 GHz pita industri, ilmiah, sareng médis ogé gelombang milimeter. Dina RFEH gelombang polarisasi wenang, diversity polarisasi ngagambarkeun solusi poténsial pikeun leungitna mismatch polarisasi.
Polarisasi pinuh, ogé katelah multi-polarisasi, geus diusulkeun pikeun sakabéhna nungkulan karugian polarisasi mismatch, sangkan ngumpulkeun duanana gelombang CP jeung LP, dimana dua elemen LP ortogonal dual-polarized éféktif narima sakabéh gelombang LP jeung CP. Pikeun ngagambarkeun ieu, tegangan net vertikal sareng horizontal (VV sareng VH) tetep konstan henteu paduli sudut polarisasi:
CP gelombang éléktromagnétik "E" médan listrik, dimana kakuatan dikumpulkeun dua kali (sakali per Unit), kukituna pinuh narima komponén CP jeung overcoming leungitna mismatch polarisasi 3 dB:
Tungtungna, ngaliwatan kombinasi DC, gelombang kajadian polarisasi sawenang bisa narima. angka 7 nembongkeun géométri tina rectenna pinuh polarized dilaporkeun.
Gambar 7
Kasimpulanana, dina aplikasi WPT sareng catu daya khusus, CP langkung dipikaresep sabab ningkatkeun efisiensi WPT henteu paduli sudut polarisasi anteneu. Di sisi séjén, dina akuisisi multi-sumber, utamana tina sumber ambient, anteneu polarized pinuh bisa ngahontal panarimaan sakabéh hadé tur portability maksimum; arsitéktur multi-port / multi-rectifier diperlukeun pikeun ngagabungkeun kakuatan pinuh polarized di RF atanapi DC.
Ringkesan
Tulisan ieu marios kamajuan panganyarna 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 syarat anteneu dasar pikeun ngahontal efisiensi RF-to-DC anu luhur parantos diidentifikasi minangka:
1. Antenna panyaarah impedansi rubakpita pikeun RFEH na WPT pita dipikaresep;
2. alignment lobus utama antara pamancar jeung panarima di WPT ti feed dedicated;
3. Polarisasi cocog antara rectenna jeung gelombang kajadian paduli sudut jeung posisi.
Dumasar impedansi, rectennas digolongkeun kana 50Ω jeung panyaarah conjugate rectennas, kalawan fokus kana impedansi cocog antara pita béda jeung beban sarta efisiensi unggal métode cocog.
Karakteristik radiasi tina SoA rectennas geus reviewed tina sudut pandang directivity jeung polarisasi. Métode pikeun ngaronjatkeun gain ku beamforming jeung bungkusan nungkulan beamwidth sempit dibahas. Tungtungna, CP rectennas pikeun WPT anu reviewed, babarengan jeung sagala rupa palaksanaan pikeun ngahontal panarimaan polarisasi-bebas pikeun WPT na RFEH.
Pikeun leuwih jéntré ngeunaan anteneu, mangga buka:
waktos pos: Aug-16-2024
