1. Destpêk
Berhevkirina enerjiya frekansa radyoyê (RF) (RFEH) û veguhestina hêza bêtêl a tîrêjî (WPT) wekî rêbazên ji bo bidestxistina torên bêtêl ên domdar ên bê pîl eleqeyek mezin kişandiye. Rectenna kevirê bingehîn ê pergalên WPT û RFEH ne û bandorek girîng li ser hêza DC ya ku ji barkêşiyê re tê şandin dikin. Hêmanên antenna yên rectenna rasterast bandorê li ser karîgeriya berhevkirinê dikin, ku dikare hêza berhevkirî bi çend rêzên mezinahî biguhezîne. Ev gotar sêwiranên antenna yên ku di sepanên WPT û RFEH yên hawîrdorê de têne bikar anîn dinirxîne. Rectennayên hatine ragihandin li gorî du pîvanên sereke têne dabeş kirin: bandwidtha împedansa rastkirina antenê û taybetmendiyên tîrêjê yên antenê. Ji bo her pîvanek, rêjeya lîyakatê (FoM) ji bo sepanên cûda tê destnîşankirin û berawirdkirin.
WPT di destpêka sedsala 20an de ji aliyê Tesla ve wekî rêbazek ji bo veguhestina bi hezaran hesp hêzê hate pêşniyar kirin. Peyva rectenna, ku antenekek ku bi rastkerek ve girêdayî ye ji bo berhevkirina hêza RF vedibêje, di salên 1950an de ji bo sepanên veguhestina hêza mîkropêlê ya fezayê û ji bo hêzkirina dronên xweser derket holê. WPT-ya hemîalî û dûr-menzîl ji hêla taybetmendiyên fîzîkî yên medyaya belavbûnê (hewa) ve sînordar e. Ji ber vê yekê, WPT-ya bazirganî bi giranî bi veguhestina hêza ne-tîrêjê ya nêzîk-zeviyê ji bo barkirina elektronîkên xerîdar ên bêtêl an RFID ve sînorkirî ye.
Her ku xerckirina enerjiyê ya cîhazên nîvconductor û girêkên sensorên bêtêl berdewam kêm dibe, ew hêsantir dibe ku girêkên sensoran bi karanîna RFEH-ya hawîrdorê an jî bi karanîna veguhezkarên hemî-alî yên belavkirî yên kêm-hêz peyda bikin. Sîstemên hêza bêtêl ên pir-kêm-hêz bi gelemperî ji pêşiyek bidestxistina RF, rêveberiya hêz û bîranînê ya DC, û mîkroprosesorek û veguhezkarek kêm-hêz pêk tên.
Wêne 1 mîmariya girêkek bêtêl a RFEH û pêkanînên pêşîn ên RF-ê yên ku bi gelemperî têne ragihandin nîşan dide. Karîgeriya serî-bi-serî ya pergala hêza bêtêl û mîmariya tora agahdariya bêtêl a senkronîzekirî û veguhastina hêzê bi performansa pêkhateyên takekesî ve girêdayî ye, wekî anten, rastker û devreyên rêveberiya hêzê. Ji bo beşên cûda yên pergalê çend lêkolînên wêjeyî hatine kirin. Tablo 1 qonaxa veguherîna hêzê, pêkhateyên sereke ji bo veguherîna hêzê ya bi bandor, û lêkolînên wêjeyî yên têkildar ji bo her beşê kurte dike. Wêjeya dawî li ser teknolojiya veguherîna hêzê, topolojiyên rastker, an RFEH-ya hişyar a torê disekine.
Wêne 1
Lêbelê, sêwirana antenê di RFEH de wekî pêkhateyek krîtîk nayê hesibandin. Her çend hin wêje bandfirehiya antenê û karîgeriya wê ji perspektîfek giştî an ji perspektîfek sêwirana antenê ya taybetî, wekî antenên mînîaturîzekirî an jî yên lixwekirî, dinirxîne jî, bandora hin parametreyên antenê li ser wergirtina hêzê û karîgeriya veguherînê bi hûrgilî nayê analîz kirin.
Ev gotar teknîkên sêwirana antenan di rectennayan de dinirxîne bi armanca cudakirina pirsgirêkên sêwirana antenan ên taybetî yên RFEH û WPT ji sêwirana antenên ragihandinê yên standard. Anten ji du perspektîfan ve têne berhev kirin: hevahengiya împedansa serî-bi-serî û taybetmendiyên tîrêjê; di her rewşê de, FoM di antenên rewşa-hunerî (SoA) de tê destnîşankirin û nirxandin.
2. Bandwidth û Lihevhatin: Torên RF yên Non-50Ω
Împedansa taybetmendî ya 50Ω nirxandinek zû ye li ser lihevhatina di navbera qelsbûn û hêzê de di sepanên endezyariya mîkropêlê de. Di antenan de, bandfirehiya împedansê wekî rêza frekansê tê pênasekirin ku hêza vegerandin ji %10 kêmtir e (S11< − 10 dB). Ji ber ku amplîfîkatorên dengê kêm (LNA), amplîfîkatorên hêzê, û detektor bi gelemperî bi hevahengiya împedansa têketinê ya 50Ω têne sêwirandin, bi kevneşopî çavkaniyek 50Ω tê referans kirin.
Di rectenayekê de, derana antenê rasterast têxe nav rastkerê, û ne-xêzikbûna dîyodê dibe sedema guherînek mezin di împedansa têketinê de, ku pêkhateya kapasîteyî serdest e. Bi texmînkirina anteneke 50Ω, dijwarîya sereke ew e ku toreke hevahengiya RF-ya zêde were sêwirandin da ku împedansa têketinê veguherîne împedansa rastkerê li frekansa balkêş û wê ji bo astek hêzê ya taybetî çêtirîn bike. Di vê rewşê de, bandfirehiya împedansa serî-bi-serî hewce ye da ku veguherîna RF bo DC-ya bi bandor misoger bike. Ji ber vê yekê, her çend anten dikarin bandfirehiya bêdawî an jî pir-fireh bi karanîna hêmanên periyodîk an jî geometrîya xwe-temamker bi dest bixin jî, bandfirehiya rectena dê ji hêla tora hevahengiya rastkerê ve teng bibe.
Ji bo bidestxistina berhevkirina yek-band û pir-band an WPT bi kêmkirina refleksan û zêdekirina veguhastina hêzê di navbera anten û rastkerê de, çend topolojiyên rectenna hatine pêşniyar kirin. Wêne 2 avahiyên topolojiyên rectenna yên hatine ragihandin nîşan dide, ku li gorî mîmariya hevahengiya împedansa wan hatine dabeş kirin. Tablo 2 mînakên rectenna yên performansa bilind di derbarê bandfirehiya serî-bi-serî (di vê rewşê de, FoM) de ji bo her kategoriyê nîşan dide.
Wêne 2 Topolojiyên Rectenna ji perspektîfa lihevhatina bandfireh û împedansê. (a) Rectenna yek-band bi antena standard. (b) Rectenna pir-band (ji gelek antena bi hev ve girêdayî pêk tê) bi yek rastker û tora lihevhatî di her band de. (c) Rectenna firehfireh bi gelek portên RF û torên lihevhatî yên cuda ji bo her band. (d) Rectenna firehfireh bi antena firehfireh û tora lihevhatî ya firehfireh. (e) Rectenna yek-band bi karanîna antena elektrîkî ya piçûk ku rasterast bi rastkerê ve girêdayî ye. (f) Antena yek-band, elektrîkî ya mezin bi împedansa tevlihev da ku bi rastkerê re were girêdan. (g) Rectenna firehfireh bi împedansa tevlihev da ku bi rastkerê re li ser rêzek frekansan were girêdan.
Her çiqas WPT û RFEH ya hawîrdorê ji xwarina taybet sepanên rectenna yên cuda ne jî, bidestxistina hevahengiya serî-bi-serî di navbera anten, rastker û barkirinê de ji bo bidestxistina karîgeriya veguherîna hêzê ya bilind (PCE) ji perspektîfa bandfirehê ve bingehîn e. Digel vê yekê, rectenên WPT bêtir li ser bidestxistina hevahengiya faktora kalîteya bilindtir (S11 kêmtir) disekinin da ku PCE ya yek-band di hin astên hêzê de (topolojiyên a, e û f) baştir bikin. Bandfirehiya fireh a WPT ya yek-band parastina pergalê li hember detûnkirinê, kêmasiyên çêkirinê û parazîtên pakkirinê baştir dike. Ji hêla din ve, rectenên RFEH pêşîniyê didin xebitandina pir-band û aîdî topolojiyên bd û g ne, ji ber ku dendika spektral a hêzê (PSD) ya yek band bi gelemperî kêmtir e.
3. Sêwirana antenna çargoşeyî
1. Rectenna yek-frekansî
Dizayna antenna rektenna yek-frekansî (topolojiya A) bi giranî li ser sêwirana antenna standard e, wek polarîzasyona xêzikî (LP) an polarîzasyona dorhêlî (CP) ku perçeya li ser erdê belav dike, antenna dîpolî û antenna F ya berevajîkirî. Rektena bandên cûda li ser rêza kombînasyona DC-yê ye ku bi yekîneyên antenna yên pirjimar an jî kombînasyona DC û RF-yê ya tevlihev a yekîneyên perçeyên pirjimar ve hatî mîheng kirin.
Ji ber ku gelek ji antenên pêşniyarkirî antenên yek-frekansî ne û pêdiviyên WPT-ya yek-frekansî bicîh tînin, dema ku li RFEH-ya pir-frekansî ya jîngehê digerin, gelek antenên yek-frekansî di nav rektena pir-bandî de (topolojiya B) bi tepeserkirina hevberdana hevbeş û kombînasyona DC-ya serbixwe piştî çerxa rêveberiya hêzê têne hev kirin da ku wan bi tevahî ji çerxa bidestxistin û veguherîna RF-ê veqetînin. Ev ji bo her bendek hewceyê gelek çerxên rêveberiya hêzê dike, ku dibe ku karîgeriya veguherînera zêdekirinê kêm bike ji ber ku hêza DC ya yek bendek kêm e.
2. Antenên RFEH yên pir-band û berfireh
RFEH ya jîngehê pir caran bi bidestxistina pir-band ve girêdayî ye; ji ber vê yekê, cûrbecûr teknîk ji bo baştirkirina bandwidthê ya sêwiranên antenên standard û rêbazên ji bo çêkirina rêzikên antenên du-band an band hatine pêşniyar kirin. Di vê beşê de, em sêwiranên antenên xwerû ji bo RFEH-an, û her weha antenên pir-band ên klasîk ên ku potansiyela wan wekî rectenna têne bikar anîn, dinirxînin.
Antenên yekpol ên rêbera pêlên hevplanar (CPW) ji antenên patch ên mîkroşîrîtê di heman frekansê de kêmtir rûber digirin û pêlên LP an CP çêdikin, û pir caran ji bo rectenayên hawîrdorê yên fireband têne bikar anîn. Balafirên refleksê ji bo zêdekirina tecrîdê û baştirkirina qezencê têne bikar anîn, ku di encamê de qalibên tîrêjê yên mîna antenên patch çêdibin. Antenên rêbera pêlên hevplanar ên şilkirî ji bo baştirkirina bandên împedansê ji bo bandên frekansê yên pirjimar, wek 1.8–2.7 GHz an 1–3 GHz têne bikar anîn. Antenên şilkirî yên bi xwarina hevgirtî û antenên patch jî bi gelemperî di sêwiranên rectena pir-band de têne bikar anîn. Wêne 3 hin antenên pir-band ên ragihandî nîşan dide ku ji yekê zêdetir teknîkên başkirina bandfirehê bikar tînin.
Wêne 3
Lihevhatina Împedansê ya Anten-Rastker
Lihevhatina anteneke 50Ω bi rastkerekî ne-xêzî re dijwar e ji ber ku împedansa têketina wê bi frekansê re pir diguhere. Di topolojiyên A û B de (Wêne 2), tora lihevhatina hevpar lihevhatina LC ye ku hêmanên komkirî bikar tîne; lêbelê, bandfirehiya nisbî bi gelemperî ji piraniya bandên ragihandinê kêmtir e. Lihevhatina stub a yek-band bi gelemperî di bandên mîkropêl û pêlên mîlîmetreyî yên di bin 6 GHz de tê bikar anîn, û rectenên pêla mîlîmetreyî yên hatine ragihandin xwedî bandfirehiyek xwezayî ya teng in ji ber ku bandfirehiya wan a PCE ji hêla tepeserkirina harmonîk a derketinê ve teng dibe, ku wan bi taybetî ji bo sepanên WPT yên yek-band di bandên bêlîsans ên 24 GHz de guncan dike.
Rectennayên di topolojiyên C û D de torên hevahengkirina tevlihevtir hene. Torên hevahengkirina xêza bi tevahî belavkirî ji bo hevahengkirina fireband hatine pêşniyar kirin, bi kurteçûnek bloka RF/DC (fîltera derbasbûnê) li porta derketinê an kapasîtorek astengkirina DC wekî rêyek vegerê ji bo harmonîkên dîyodê. Pêkhateyên rastker dikarin bi kapasîtorên navberkirî yên panela çerxa çapkirî (PCB) werin guheztin, ku bi karanîna amûrên otomatîkkirina sêwirana elektronîkî ya bazirganî têne sentez kirin. Torên hevahengkirina rectenna yên fireband ên din ên hatine ragihandin hêmanên komkirî ji bo hevahengkirina bi frekansên nizmtir û hêmanên belavkirî ji bo afirandina kurteçûnek RF li têketinê li hev dicivînin.
Guhertina împedansa têketinê ya ku ji hêla barkirinê ve bi rêya çavkaniyek tê dîtin (ku wekî teknîka kişandina çavkaniyê tê zanîn) ji bo sêwirandina rastkerek fireband bi bandwidthek nisbî ya 57% (1.25–2.25 GHz) û PCE-ya 10% bilindtir li gorî çerxên komkirî an belavkirî hatiye bikar anîn. Her çend torên hevberkirinê bi gelemperî ji bo hevberkirina antenan li ser tevahiya bandwidtha 50Ω têne sêwirandin jî, di wêjeyê de rapor hene ku antenên fireband bi rastkerên tengbend ve hatine girêdan.
Torên hevberkirina hêmanên komkirî yên hîbrîd û hêmanên belavkirî di topolojiyên C û D de bi berfirehî hatine bikar anîn, ku înduktor û kapasîtorên rêze hêmanên komkirî yên herî zêde têne bikar anîn in. Ev ji avahiyên tevlihev ên wekî kapasîtorên navberhevkirî dûr dikevin, ku ji xetên mîkroşîrîtên standard modelkirin û çêkirinek rasttir hewce dikin.
Hêza têketina ber bi rastkerê ve ji ber ne-xêzikbûna dîyodê bandorê li împedansa têketinê dike. Ji ber vê yekê, rectenna ji bo zêdekirina PCE-yê ji bo asta hêza têketinê û împedansa barkirinê ya taybetî hatiye sêwirandin. Ji ber ku dîyod di frekansên di bin 3 GHz de bi giranî împedansa bilind a kapasîteyî ne, rectenên fireband ên ku torên hevahengiyê ji holê radikin an jî devreyên hevahengiya hêsankirî kêm dikin, li ser frekansên Prf>0 dBm û jortir ji 1 GHz hatine sekinandin, ji ber ku dîyod împedansa kapasîteyî ya nizm hene û dikarin bi antenê re baş werin hevaheng kirin, bi vî rengî ji sêwirana antenên bi reaktansên têketinê >1,000Ω dûr dikevin.
Lihevhatina împedansa adapteyî an ji nû ve mîhengbar di rektenên CMOS de hatiye dîtin, ku tora lihevhatinê ji bankên kapasîtor û înduktorên li ser çîpê pêk tê. Torên lihevhatina statîk ên CMOS ji bo antenên standard ên 50Ω û her weha antenên çerx ên hev-sêwirandî jî hatine pêşniyar kirin. Hatiye ragihandin ku detektorên hêza CMOS-ê yên pasîf ji bo kontrolkirina guhêrbarên ku derana antenê ber bi rastkerên cûda û torên lihevhatinê ve li gorî hêza berdest rêve dibin têne bikar anîn. Torek lihevhatina ji nû ve mîhengbar bi karanîna kapasîtorên mîhengbar ên komkirî hatiye pêşniyar kirin, ku bi mîhengkirina hûr ve tê mîheng kirin dema ku împedansa têketinê bi karanîna analîzkerek tora vektor tê pîvandin. Di torên lihevhatina mîkroşîrîtên ji nû ve mîhengbar de, guhêrbarên tranzîstorê yên bandora zeviyê ji bo verastkirina stûbên lihevhatinê hatine bikar anîn da ku taybetmendiyên du-band bi dest bixin.
Ji bo bêtir agahdarî li ser antennayan, ji kerema xwe serdana bikin:
Dema şandinê: Tebax-09-2024
