Antena-Rectifier Co-desain
Karakteristik rectennas ngisor topologi EG ing Figure 2 iku antena langsung dicocogake kanggo rectifier, tinimbang standar 50Ω, kang mbutuhake nyilikake utawa mbusak sirkuit cocog kanggo daya rectifier. Bagean iki nliti kaluwihan saka rectenna SoA kanthi antena lan rectenna non-50Ω tanpa jaringan sing cocog.
1. Antena Listrik Cilik
antena ring resonant LC wis digunakake digunakake ing aplikasi ngendi ukuran sistem kritis. Ing frekuensi ing ngisor 1 GHz, dawa gelombang bisa nimbulaké antena unsur disebarake standar kanggo Occupy spasi luwih saka ukuran sakabèhé saka sistem, lan aplikasi kayata transceiver terpadu kanggo implan awak utamané entuk manfaat saka nggunakake antena cilik elektrik kanggo WPT.
Impedansi induktif dhuwur saka antena cilik (cedhak résonansi) bisa digunakake kanggo langsung pasangan rectifier utawa karo tambahan on-chip capacitive jaringan cocog. Antena listrik cilik wis kacarita ing WPT karo LP lan CP ngisor 1 GHz nggunakake antena dipole Huygens, karo ka = 0,645, nalika ka = 5,91 ing dipol normal (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate antena
Impedansi input khas saka dioda banget kapasitif, mula antena induktif dibutuhake kanggo entuk impedansi konjugat. Amarga impedansi kapasitif saka chip, antena induktif impedansi dhuwur wis akeh digunakake ing tag RFID. Antena dipole bubar dadi tren ing antena RFID impedansi kompleks, nuduhake impedansi dhuwur (resistance lan reaktansi) cedhak frekuensi resonansi.
Antena dipole induktif wis digunakake kanggo cocog karo kapasitansi dhuwur saka rectifier ing pita frekuensi kapentingan. Ing antena dipole lempitan, garis cendhak pindho (dipole lempitan) tumindak minangka trafo impedansi, saéngga desain antena impedansi dhuwur banget. Utawa, feed bias tanggung jawab kanggo nambah reaktansi induktif uga impedansi nyata. Nggabungake macem-macem unsur dipole bias karo bow-tie radial stub ora seimbang mbentuk antena impedansi dhuwur broadband dual. Figure 4 nuduhake sawetara kacarita rectifier conjugate antena.
Gambar 4
Karakteristik radiasi ing RFEH lan WPT
Ing model Friis, daya PRX ditampa dening antena ing kadohan d saka pemancar punika fungsi langsung saka panrima lan pemancar hasil (GRX, GTX).
Directivity lobus utama antena lan polarisasi langsung mengaruhi jumlah daya sing diklumpukake saka gelombang kedadean. karakteristik radiation antena paramèter tombol sing mbedakake antarane RFEH sekitar lan WPT (Figure 5). Nalika ing loro aplikasi, medium panyebaran bisa uga ora dingerteni lan pengaruhe ing gelombang sing ditampa kudu dianggep, kawruh babagan antena pangirim bisa dimanfaatake. Tabel 3 nemtokake paramèter kunci sing dibahas ing bagean iki lan ditrapake kanggo RFEH lan WPT.
Gambar 5
1. Directivity lan Gain
Ing umume aplikasi RFEH lan WPT, dianggep kolektor ora ngerti arah radiasi kedadeyan lan ora ana jalur line-of-sight (LoS). Ing karya iki, macem-macem desain antena lan penempatan wis diselidiki kanggo nggedhekake daya sing ditampa saka sumber sing ora dingerteni, bebas saka alignment lobus utama antarane pemancar lan panrima.
Antena omnidirectional wis digunakake digunakake ing rectennas RFEH lingkungan. Ing literatur, PSD beda-beda gumantung saka orientasi antena. Nanging, variasi daya durung diterangake, mula ora bisa ditemtokake manawa variasi kasebut amarga pola radiasi antena utawa amarga ora cocog polarisasi.
Saliyane aplikasi RFEH, antena arah lan susunan dhuwur-gain wis kacarita akeh kanggo gelombang mikro WPT kanggo nambah efisiensi koleksi Kapadhetan daya RF kurang utawa ngatasi losses panyebaran. Array rectenna Yagi-Uda, array bowtie, array spiral, array Vivaldi sing dipasang kanthi rapet, array CPW CP, lan array patch minangka salah sawijining implementasi rectenna sing bisa diukur sing bisa nggedhekake kapadhetan daya kedadeyan ing wilayah tartamtu. Pendekatan liyane kanggo nambah gain antena kalebu substrate integrated waveguide (SIW) teknologi ing gelombang mikro lan milimeter bands, khusus kanggo WPT. Nanging, rectennas dhuwur-gain ditondoi dening beamwidths panah, nggawe reception saka ombak ing arah sembarang ora efisien. Penyelidikan babagan jumlah unsur antena lan port nyimpulake yen directivity sing luwih dhuwur ora cocog karo daya panen sing luwih dhuwur ing RFEH sekitar kanthi nganggep insiden sewenang-wenang telung dimensi; iki diverifikasi dening pangukuran lapangan ing lingkungan kutha. Array-gain dhuwur bisa diwatesi kanggo aplikasi WPT.
Kanggo nransfer keuntungan saka antena dhuwur-gain menyang RFEHs sembarang, packaging utawa solusi tata digunakke kanggo ngatasi masalah directivity. Gelang antena dual-patch diusulake kanggo ngasilake energi saka RFEH Wi-Fi sekitar ing rong arah. Antena RFEH seluler sekitar uga dirancang minangka kothak 3D lan dicithak utawa dipasang ing permukaan njaba kanggo nyuda area sistem lan ngaktifake panen multi-arah. Struktur rectenna kubik nuduhake kemungkinan sing luwih dhuwur kanggo nampa energi ing RFEH sekitar.
Dandan kanggo desain antena kanggo nambah beamwidth, kalebu tambahan unsur patch parasitic, digawe kanggo nambah WPT ing 2,4 GHz, 4 × 1 susunan. Antena bolong 6 GHz kanthi macem-macem wilayah balok uga diusulake, nuduhake macem-macem balok saben port. Multi-port, multi-rectifier lumahing rectennas lan energi panen antena karo pola radiation omnidirectional wis ngajokaken kanggo multi-arah lan multi-polarisasi RFEH. Multi-rectifier karo matriks beamforming lan array antena multi-port uga wis ngajokaken kanggo dhuwur-gain, panen energi multi-arah.
Ringkesan, nalika antena dhuwur-gain luwih disenengi kanggo nambah daya sing dipanen saka Kapadhetan RF kurang, panrima Highly arah bisa uga ora becik ing aplikasi ngendi arah pemancar ora dingerteni (contone, ambient RFEH utawa WPT liwat saluran panyebaran ora dingerteni). Ing karya iki, macem-macem pendekatan multi-beam diusulake kanggo WPT lan RFEH multi-arah.
2. Polarisasi antena
Polarisasi antena nggambarake gerakan vektor medan listrik relatif marang arah panyebaran antena. Polarisasi sing ora cocog bisa nyebabake nyuda transmisi / resepsi ing antarane antena sanajan arah lobus utama didadekake siji. Contone, yen antena LP vertikal digunakake kanggo transmisi lan antena LP horisontal digunakake kanggo reception, daya ora bakal ditampa. Ing bagean iki, cara sing dilaporake kanggo ngoptimalake efisiensi resepsi nirkabel lan ngindhari kerugian polarisasi sing ora cocog dideleng. Ringkesan arsitektur rectenna sing diusulake babagan polarisasi diwenehi ing Gambar 6 lan conto SoA diwenehi ing Tabel 4.
Gambar 6
Ing komunikasi seluler, keselarasan polarisasi linear antarane stasiun pangkalan lan telpon seluler ora bisa ditindakake, mula antena stasiun pangkalan dirancang dadi dual-polarisasi utawa multi-polarisasi kanggo ngindhari kerugian polarisasi sing ora cocog. Nanging, variasi polarisasi gelombang LP amarga efek multipath tetep dadi masalah sing durung rampung. Adhedhasar asumsi stasiun basa seluler multi-polarisasi, antena RFEH seluler dirancang minangka antena LP.
CP rectennas utamané digunakake ing WPT amarga padha relatif tahan kanggo mismatch. Antena CP bisa nampa radiasi CP kanthi arah rotasi sing padha (CP kiwa utawa tengen) saliyane kabeh gelombang LP tanpa mundhut daya. Ing kasus apa wae, antena CP ngirim lan antena LP ditampa kanthi mundhut 3 dB (50% mundhut daya). CP rectenna kacarita cocok kanggo 900 MHz lan 2.4 GHz lan 5.8 GHz pita industri, ilmiah, lan medis uga gelombang milimeter. Ing RFEH saka gelombang polarisasi kanthi sewenang-wenang, keragaman polarisasi nggambarake solusi potensial kanggo kerugian polarisasi sing ora cocog.
Polarisasi lengkap, uga dikenal minangka multi-polarisasi, wis diusulake kanggo ngatasi kerugian sing ora cocog karo polarisasi, supaya bisa nglumpukake gelombang CP lan LP, ing ngendi rong unsur LP ortogonal dual-polarisasi kanthi efektif nampa kabeh gelombang LP lan CP. Kanggo ilustrasi iki, voltase net vertikal lan horisontal (VV lan VH) tetep konstan tanpa preduli saka sudut polarisasi:
Gelombang elektromagnetik CP "E" medan listrik, ing ngendi daya dikumpulake kaping pindho (sapisan saben unit), kanthi mangkono nampa komponen CP kanthi lengkap lan ngatasi kerugian polarisasi sing ora cocog karo 3 dB:
Pungkasan, liwat kombinasi DC, gelombang kedadean polarisasi sewenang-wenang bisa ditampa. Figure 7 nuduhake geometri saka rectenna polarized kacarita kanthi.
Gambar 7
Ing ringkesan, ing aplikasi WPT karo sumber daya darmabakti, CP disenengi amarga mbenakake efficiency WPT preduli saka sudhut polarisasi antena. Ing sisih liya, ing akuisisi multi-sumber, utamane saka sumber sekitar, antena polarisasi kanthi lengkap bisa entuk resepsi sakabèhé lan portabilitas maksimal; arsitektur multi-port / multi-rectifier dibutuhake kanggo gabungke daya polarized kanthi ing RF utawa DC.
Ringkesan
Makalah iki nliti kemajuan anyar ing desain antena kanggo RFEH lan WPT, lan ngusulake klasifikasi standar desain antena kanggo RFEH lan WPT sing durung diusulake ing literatur sadurunge. Telung syarat antena dhasar kanggo entuk efisiensi RF-to-DC sing dhuwur wis diidentifikasi minangka:
1. Bandwidth impedansi rectifier antena kanggo band RFEH lan WPT kapentingan;
2. Alignment lobus utama antarane pemancar lan panrima ing WPT saka feed darmabakti;
3. Polarisasi cocog antarane rectenna lan gelombang kedadean preduli saka amba lan posisi.
Adhedhasar impedansi, rectennas diklasifikasikaké dadi 50Ω lan rectifier conjugate rectennas, kanthi fokus ing impedansi cocog antarane band beda lan beban lan efisiensi saben cara cocog.
Karakteristik radiasi SoA rectennas wis dideleng saka perspektif directivity lan polarisasi. Cara kanggo nambah gain dening beamforming lan packaging kanggo ngatasi beamwidth panah rembugan. Pungkasan, CP rectennas kanggo WPT dideleng, bebarengan karo macem-macem implementasine kanggo entuk resepsi polarisasi-independen kanggo WPT lan RFEH.
Kanggo mangerteni sing luwih lengkap babagan antena, bukak:
Wektu kirim: Aug-16-2024
