1. Destpêk
Hilberîna enerjiyê ya frekansa radyoyê (RF) (RFEH) û veguheztina hêza bêtêlê ya radyasyonî (WPT) wekî rêbazên ji bo bidestxistina torên domdar ên bê batar eleqeyek mezin kişandiye. Rectennas kevirê bingehîn ên pergalên WPT û RFEH ne û bandorek girîng li ser hêza DC ya ku ji barkirinê re tê şandin heye. Hêmanên antenna yên rectenna rasterast bandorê li karbidestiya dirûnê dike, ku dikare hêza dirûnê bi çend rêzikên mezinahiyê biguhezîne. Ev kaxez sêwiranên antenna ku di sepanên WPT û RFEH yên hawîrdorê de têne bikar anîn dinirxîne. Rektênên hatine ragihandin li gorî du pîvanên sereke têne dabeş kirin: antenna ku firehiya bandê ya impedansê rast dike û taybetmendiyên tîrêjê yên antenna. Ji bo her pîvanê, ji bo serîlêdanên cihêreng jimareya meriyetê (FoM) bi berawirdî tê destnîşankirin û vekolîn.
WPT di destpêka sedsala 20-an de ji hêla Tesla ve wekî rêbazek veguhestina bi hezaran hespan hate pêşniyar kirin. Peyva rectenna, ku antenna ku bi rastkerek ve girêdayî ye ji bo berhevkirina hêza RF-ê vedibêje, di salên 1950-an de ji bo sepanên veguheztina hêza mîkropêla fezayê û ji bo hêzkirina dronên xweser derket holê. WPT-ya omnidirectional, dûr-dirêj ji hêla taybetmendiyên fizîkî yên navgîniya belavbûnê (hewa) ve tê asteng kirin. Ji ber vê yekê, WPT-ya bazirganî bi giranî ji bo barkirina elektronîkên xerîdar ên bêtêl an RFID veguheztina hêza ne-radyatîf ya nêzîk-zevî sînorkirî ye.
Her ku mezaxtina hêzê ya cîhazên nîvconductor û girêkên senzorê yên bêtêl kêmbûna xwe berdewam dike, ew ji girêkên senzorê yên hêzê re bi karanîna RFEH-ya hawîrdorê an jî bi karanîna veguhezkerên hemalî-hêza kêm-hêza belavkirî pêkan dibe. Pergalên hêza bêserûber a pir kêm-hêza bi gelemperî ji dawiya pêşiyê ya bidestxistina RF, rêveberiya hêza DC û bîranînê, û mîkroprosesorek kêm-hêza û transceiver pêk tê.
Xiflteya 1 mîmariya girêka bêtêl RFEH û pêkanînên pêş-dawiya RF-ê yên bi gelemperî têne ragihandin nîşan dide. Karbidestiya dawî-bi-dawî ya pergala hêza bêserûber û mîmariya agahdariya wireless ya hevdemkirî û tora veguheztina hêzê bi performansa hêmanên kesane ve girêdayî ye, wek antên, rastker, û şebekeyên rêveberiya hêzê. Gelek lêkolînên edebî ji bo beşên cuda yên pergalê hatine kirin. Tablo 1 qonaxa veguhertina hêzê, pêkhateyên sereke yên ji bo veguheztina hêzê ya bikêr, û anketên wêjeya têkildar ji bo her beşê kurt dike. Wêjeya paşîn li ser teknolojiya veguheztina hêzê, topolojiyên rastker, an RFEH-agahdar a torê disekine.
jimar 1
Lêbelê, sêwirana antenna di RFEH de wekî hêmanek krîtîk nayê hesibandin. Her çend hin edebiyat ji perspektîfek giştî an ji perspektîfek sêwirana antenê ya taybetî, wekî antênên piçûkkirî an pêlavkirî, band û karbidestiya antenna-yê dihesibînin, bandora hin parametreyên antenna li ser wergirtina hêzê û karîgeriya veguheztinê bi hûrgulî nayê analîz kirin.
Ev kaxez teknîkên sêwirana antenna di rectennas de bi mebesta cihêkirina kêşeyên sêwirana antenna taybetî yên RFEH û WPT ji sêwirana antenna ragihandinê ya standard dinirxîne. Antên ji du perspektîfan têne berawirdkirin: Lihevhatina impedansê ya dawî-bi-dawî û taybetmendiyên radyasyonê; di her rewşê de, FoM di antênên herî nûjen (SoA) de tê nasîn û vekolîn.
2. Bandwidth û Matching: Ne-50Ω Torên RF
Hêza taybetmendiya 50Ω di sepanên endezyariya mîkropêlê de nirxandinek destpêkê ya lihevhatina di navbera kêmbûn û hêzê de ye. Di antênan de, firehiya bandê ya impedansê wekî rêza frekansê tê pênase kirin ku hêza ronîkirî ji %10 kêmtir e (S11< - 10 dB). Ji ber ku amplifikatorên kêm deng (LNA), amplifikatorên hêzê, û detektor bi gelemperî bi hevrêzek impedance ya têketina 50Ω têne sêwirandin, çavkaniyek 50Ω bi kevneşopî tête referans kirin.
Di rectenna de, derketina antenna rasterast di nav rastkerê de tê xwarin, û nehêliya diodê dibe sedema guheztinek mezin di impedanceya têketinê de, digel ku pêkhateya kapasîteyê serdest e. Bi texmîna antenna 50Ω, kêşeya sereke ev e ku meriv torgilokek lihevhatinê ya RF-ya zêde dîzayn bike da ku impedansê têketinê bi frekansa berjewendiyê veguhezîne impedansê ya rastker û wê ji bo astek hêzek taybetî xweşbîn bike. Di vê rewşê de, ji bo veguheztina RF-ya DC-ê ya bikêrhatî pêdivî ye ku pêlava bandê ya paşîn-dawî hewce bike. Ji ber vê yekê, her çend antên dikarin bi karanîna hêmanên perîyodîk an geometrîya xwe-temamker bi teorîkî berfê bêsînor an ultra-berfireh bi dest bixin jî, dê band berda rectennayê ji hêla tora lihevhatina rastker ve were qefilandin.
Gelek topolojiyên rectennayê hatine pêşniyar kirin ku bi kêmkirina refleks û mezinkirina veguheztina hêzê di navbera antenna û rastker de berhevkirina yek-band û pir-band an WPT-ê bi dest bixin. Xiflteya 2 strukturên topolojiyên rectenna yên raporkirî nîşan dide, ku ji hêla mîmariya hevahengiya impedansê ve têne kategorî kirin. Tabloya 2 ji bo her kategoriyê mînakên rectennasên bi performansa bilind bi rêzgirtina berfê ya dawî-bi-dawî (di vê rewşê de, FoM) nîşan dide.
Figure 2 Topolojiyên Rectenna ji perspektîfa lihevhatina band û impedansê. (a) Rectenna yek-band bi antenna standard. (b) Rectenna pirbandor (ji gelek antenên hevgirtî pêk tê) bi yek rastker û tevnek hevgirtî ji her bandê re. (c) rectenna berfereh bi gelek portên RF û torên hevberdanê yên ji bo her bandê veqetandî. (d) rectenna berfereh bi antena berfereh û tora hevberdanê ya berfereh. (e) Rektena yek-bandê ku antena piçûk a elektrîkî rasterast bi rastkerê re têkildar e bikar tîne. (f) Antena yek-band, elektrîkî ya mezin û bi impedansê tevlihev ku bi rastkerê re têkildar dibe. (g) Rektêna fireh a bi impedansê tevlihev ku bi rastkerê re li ser rêzek frekansan tê girêdan.
Dema ku WPT û RFEH-ya hawîrdorê ji xwarina veqetandî serîlêdanên rectenna yên cihêreng in, bidestxistina lihevhatina dawî-bi-dawî di navbera antenna, rastker û barkirinê de bingehîn e ku meriv ji perspektîfek firehiya bandê bigihîje karîgeriya veguheztina hêza bilind (PCE). Digel vê yekê, rectennasên WPT bêtir balê dikişînin ser bidestxistina hevberdana faktora kalîteya bilind (S11 kêmtir) da ku PCE-banda yek-bandê di hin astên hêzê de baştir bikin (topolojiyên a, e û f). Bandora fireh a WPT-ya yek-bandê, berevaniya pergalê li hember veqetandin, kêmasiyên çêkirinê û parazîtên pakkirinê baştir dike. Ji hêla din ve, rectennasên RFEH pêşî li operasyona pir-bandê digirin û girêdayî topolojiyên bd û g in, ji ber ku dendika spektral a hêzê (PSD) ya yek bandê bi gelemperî kêmtir e.
3. design antenna Rectangular
1. Yek-frequency rectenna
Sêwirana antenna rectenna yek-frekansî (topolojiya A) bi giranî li ser sêwirana antenna standard ve girêdayî ye, wek mînak polarîzasyona xêzik (LP) an polarîzasyona dorhêl (CP) li ser balafira erdê, antena dipole û antena F ya berevajîkirî. Rectenna bandê ya cihêreng li ser bingeha berhevoka DC-yê ye ku bi gelek yekîneyên antenna ve hatî mîheng kirin an tevliheviya DC û RF-ê ya yekeyên pirjimar ên patchê ve hatî çêkirin.
Ji ber ku gelek antên pêşniyarkirî antênên yek-frekansî ne û hewcedariyên WPT-ya yek-frekansî pêk tînin, dema ku li RFEH pir-frekansa hawîrdorê digerin, antênên pir-frekansî di nav rektênên pir-band (topolojiya B) de bi çewisandina hevberdanê û kombînasyona DC ya serbixwe piştî çerxa rêveberiya hêzê da ku wan bi tevahî ji qerta stendina RF û veguheztinê veqetîne. Ji bo vê yekê ji bo her bandê gelek şebekeyên rêveberiya hêzê hewce dike, ku dibe ku karbidestiya veguherînerê zêdeker kêm bike ji ber ku hêza DC ya yek bandê kêm e.
2. antênên RFEH-ê yên pir-band û fireh
RFEH-ya jîngehê bi gelemperî bi wergirtina pir-band re têkildar e; ji ber vê yekê, cûrbecûr teknîk ji bo baştirkirina bandên sêwiranên antenna standard û rêgezên ji bo avakirina rêzikên antenna du-band an band hatine pêşniyar kirin. Di vê beşê de, em sêwiranên antenna xwerû yên ji bo RFEH-an, û her weha antênên pir-bandê yên klasîk ên bi potansiyela ku wekî rectennas têne bikar anîn vekolînin.
Antênên monopolê yên pêlêkêş ên hevplanar (CPW) ji antenên patchê yên mîkroşîk di heman frekansê de kêmtir dever digirin û pêlên LP an CP-yê hildiberînin, û bi gelemperî ji bo rektênên hawîrdorê yên fireh têne bikar anîn. Balafirên refleksê ji bo zêdekirina îzolasyonê û baştirkirina qezencê têne bikar anîn, ku di encamê de şêwazên radyasyonê yên mîna antênên patch têne çêkirin. Antênên pêlêkêş ên hevplanar ên slotted têne bikar anîn ku ji bo bandên frekansê yên pirjimar, wek 1,8-2,7 GHz an 1-3 GHz, bandên impedansê baştir bikin. Di sêwiranên rectenna yên pir-band de antênên hêlînê yên hevgirtî û antên patchê jî bi gelemperî têne bikar anîn. Xiflteya 3 hin antênên pir-bandê yên raporkirî nîşan dide ku ji yek teknîka çêtirkirina bandê bêtir bikar tînin.
jimar 3
Antenna-Rectifier Impedance Matching
Lihevhatina antenna 50Ω bi rastkerek nehêlî re dijwar e ji ber ku impedansa têketina wê bi frekansê re pir diguhere. Di topolojiyên A û B de (Wêne 2), tora hevberdanê ya hevpar hevberek LC-yê ye ku hêmanên pêçandî bikar tîne; lebê, bandfirehiya têkildar bi gelemperî ji piraniya bendên ragihandinê kêmtir e. Lihevhatina stûyê yek-bandê bi gelemperî di bandên pêlên mîkro û mîlîmetreyî yên li jêr 6 GHz de tê bikar anîn, û rektênên pêla mîlîmetreyî yên ku hatine ragihandin xwedan firehiya bandê ya xwerû teng in ji ber ku firehiya wan a PCE ji hêla tepisandina ahenga derûnê ve tê asteng kirin, ku wan bi taybetî ji bo yekane-guncaw dike. band sepanên WPT di band 24 GHz bê destûr.
Di topolojiyên C û D de rectennas xwedan torên lihevhatî yên tevlihevtir in. Torên berhevkirina xeta bi tevahî belavbûyî ji bo berhevkirina berbelavê hatine pêşniyar kirin, bi blokek RF/DC-kurt (parzûna derbasbûnê) li porta derketinê an jî kondensatorek astengkirina DC wekî rêyek vegerê ji bo harmonikên diodê. Parçeyên rastker dikarin bi kapasîteyên navbeynkar ên panela çapkirî (PCB) ve werin guheztin, ku bi karanîna amûrên otomasyona sêwirana elektronîkî ya bazirganî têne sentez kirin. Din torên lihevhatina rectenna fireh a ragihandinî hêmanên birêkûpêk ji bo lihevhatina bi frekansên jêrîn û hêmanên belavbûyî ji bo afirandina kurtefîlmek RF-ê li têketinê berhev dikin.
Guhertina impedansa têketinê ya ku ji hêla barkirinê ve di nav çavkaniyekê de tê dîtin (ku wekî teknîka çavkaniyê-kêşanê tê zanîn) ji bo sêwirana rastgirek berbelav bi 57% firehiya bandê têkildar (1,25-2,25 GHz) û 10% PCE bilindtir li gorî çerxên qelandî an belavkirî hatî bikar anîn. . Her çend torên lihevhatî bi gelemperî têne sêwirandin ku antenan li ser tevahiya bandfirehiya 50Ω li hev bikin, di wêjeyê de rapor hene ku antênên berfereh bi rastkerên band teng ve hatine girêdan.
Tora berhevkirina hêmanên hîbrîd û hêmanên belavbûyî di topolojiyên C û D de bi berfirehî hatine bikar anîn, digel ku înduktor û kondensatorên rêzikan hêmanên birêkûpêk ên herî gelemperî têne bikar anîn. Vana ji strukturên tevlihev ên wekî kondensatorên navhevkirî, ku ji xetên mîkroşiya standard hewceyê modelkirin û çêkirinê rastirtir diparêzin.
Hêza têketinê ya rastkerê ji ber nehêliya diodê bandorê li impedansê têketinê dike. Ji ber vê yekê, rectenna ji bo zêdekirina PCE-ê ji bo astek hêza têketinê ya taybetî û impedansa barkirinê hatî çêkirin. Ji ber ku diod di serî de li frekansên li jêr 3 GHz impedansa bilind a kapasîf in, rektênên berfereh ên ku torên lihevhatinê ji holê radikin an çerxên lihevhatinê yên sade kêm dikin, li ser frekansên Prf>0 dBm û li jor 1 GHz hatine sekinîn, ji ber ku diodan xwedan impedansa kapasîtîf kêm in û dikarin baş werin berhev kirin. ji antenna, bi vî awayî ji sêwirana antên bi input reaktans> 1000Ω.
Lihevhatina impedansê ya adapteyî an vesazkirî di rectennasên CMOS de hatîye dîtin, ku li wir tora hevberdanê ji bankên kondensator û înduktorên li ser-çîpê pêk tê. Di heman demê de ji bo antenên standard 50Ω û hem jî antenên loop-hev-dîzaynkirî torên hevberdana CMOS-a statîk jî hatine pêşniyar kirin. Hat ragihandin ku detektorên hêza CMOS-a pasîf ji bo kontrolkirina guhêrbaran têne bikar anîn ku li gorî hêza berdest derana antenna ber bi rastkerên cihêreng û torên lihevhatinê ve birin. Tora hevberdanê ya ji nû ve veavakirina ku bi karanîna kondensatorên guhezbar ên birêkûpêkkirî tê pêşniyar kirin, ku dema ku impedansê têketinê bi karanîna analyzerek torê vektorî tê pîvandin, ji hêla hûrgulî ve tê vesaz kirin. Di torên lihevhatina mîkroşiya ku ji nû ve têne mîheng kirin de, guhêrbarên transîstorê yên bandora zeviyê hatine bikar anîn da ku stûyên lihevhatî biguhezînin da ku taybetmendiyên du-bandê bi dest bixin.
Ji bo bêtir agahdarî li ser antên, ji kerema xwe biçin:
Dema şandinê: Tebax-09-2024
