Antenna-Rectifier Co-design
Taybetmendiya rectennasên li pey topolojiya EG-ê ya di Xiflteya 2-ê de ev e ku antenna rasterast bi rastkerê re têkildar e, li şûna standarda 50Ω, ku ji bo hêza rastkerê pêdivî bi kêmkirin an ji holê rakirina çerxa lihevhatinê hewce dike. Ev beş avantajên rectennasên SoA yên bi antênên ne-50Ω û rektênên bêyî torên lihevhatinê dinirxîne.
1. Elektrîk Antên biçûk
Di serîlêdanên ku mezinahiya pergalê krîtîk e de antên zengila resonant LC bi berfirehî hatine bikar anîn. Di frekansên li jêr 1 GHz de, dirêjahiya pêlê dibe sedem ku antênên elementê yên belavbûyî yên standard ji mezinahiya giştî ya pergalê bêtir cîh dagir bikin, û serîlêdanên wekî transceivers bi tevahî yekgirtî ji bo implantên laş bi taybetî ji karanîna antênên piçûk ên elektrîkî ji bo WPT sûd werdigirin.
Impedansa induktîf a bilind a antenna piçûk (nêzîkî rezonansê) dikare were bikar anîn da ku rasterast rastgir an jî bi tora hevberdanê ya kapasîteyê ya li ser-çîpê re were girêdan. Di WPT de antênên piçûk ên elektrîkî yên bi LP û CP yên li jêr 1 GHz hatine ragihandin antênên dupolî yên Huygens, bi ka = 0,645, lê ka = 5,91 di dupolên normal de (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate antenna
Impedansa têketina tîpîk a diodê pir kapasîf e, ji ber vê yekê antenek induktîv hewce ye ku bigihîje impedansa hevgirtî. Ji ber impedansa kapasîtîf a çîpê, antênên induktîf ên impedansa bilind bi berfirehî di tagên RFID de têne bikar anîn. Antênên Dipolê di van demên dawî de bûne meylek di antênên RFID-ê yên impedansê yên tevlihev de, ku li nêzê frekansa xweya resonantê impedansa bilind (berxwedan û reaktans) nîşan didin.
Antênên dipolê yên înduktîf hatine bikar anîn da ku bi kapasîteya bilind a rastkerê di band frekansa berjewendiyê de li hev bikin. Di antenna dipole ya pêçandî de, xêza kurt a ducar (pêçandina dîpolê) wekî veguherînerek impedansê tevdigere, ku destûrê dide sêwirana antenek bi impedansek pir bilind. Alternatîf, xwarina bias berpirsiyar e ji bo zêdekirina reaktansa induktîf û hem jî impedanceya rastîn. Têkelkirina gelek hêmanên dîpolê yên alîgir bi stûyên radîkal ên bêhevseng antenna berfireh a dualî pêk tîne. Xiflteya 4 hin antenên hevedudanî yên rastkerê raporkirî nîşan dide.
jimar 4
Taybetmendiyên radyasyonê di RFEH û WPT de
Di modela Friis de, hêza PRX ya ku ji hêla antenna ve li dûrahiya d ji veguhezkerê ve hatî wergirtin fonksiyonek rasterast a destkeftiyên wergir û veguhezker e (GRX, GTX).
Rêvebiriya lobêya sereke û polarîzasyona antenna rasterast bandorê li mîqdara hêza ku ji pêla bûyerê tê berhev kirin. Taybetmendiyên tîrêjê yên antenna parametreyên sereke ne ku di navbera RFEH û WPT de cihêreng dikin (Wêne 5). Dema ku di her du serlêdanan de dibe ku navgîna belavbûnê nenas be û bandora wê li ser pêla wergirtî were hesibandin, zanîna antenna veguhêz dikare were bikar anîn. Tablo 3 pîvanên sereke yên ku di vê beşê de hatine nîqaş kirin û sepandina wan ji bo RFEH û WPT destnîşan dike.
jimar 5
1. Directivity û Gain
Di piraniya sepanên RFEH û WPT de, tê texmîn kirin ku berhevkar arasteya tîrêjê ya bûyerê nizane û rêça xêz-dîrîn (LoS) tune. Di vê xebatê de, gelek sêwiran û cîhên antenna hatine lêkolîn kirin da ku hêza wergirtî ji çavkaniyek nenas zêde bikin, serbixwe ji hevrêziya lobê ya sereke di navbera veguhezker û wergir de.
Antên omnidirectional bi berfirehî di rectenên RFEH yên hawîrdorê de têne bikar anîn. Di wêjeyê de, PSD li gorî rêgeza antenna diguhere. Lêbelê, guheztina hêzê nehatiye ravekirin, ji ber vê yekê ne gengaz e ku were destnîşankirin ka guheztin ji ber şêwaza tîrêjê ya antenna ye an ji ber nehevsengiya polarîzasyonê ye.
Ji bilî serîlêdanên RFEH, antên û rêzikên rêwerzan ên bi destkeftî yên zêde ji bo WPT-ya mîkropêl bi berfirehî hatine ragihandin da ku karbidestiya berhevkirinê ya tîrêjiya hêza RF ya kêm çêtir bikin an jî windahiyên belavbûnê derbas bikin. Rêzikên rectenna Yagi-Uda, rêzikên bowtie, rêzikên spiral, rêzikên Vivaldi yên bi hev ve girêdayî, rêzikên CPW CP, û rêzikên patchê di nav pêkanînên rectenna yên berbelav de ne ku dikarin di bin deverek diyar de tîrêjiya hêza bûyerê herî zêde bikin. Nêzîktêdayînên din ên ji bo baştirkirina qezenca antenna teknolojiya rêberiya pêla yekbûyî ya substratê (SIW) di bandên pêlên mîkro û milîmetre de, yên taybetî yên WPT-ê hene. Lêbelê, rektênên bilind-qezenc ji hêla tîrêjên teng ve têne taybetmend kirin, ku wergirtina pêlan di rêwerzên keyfî de bêbandor dike. Vekolînên li ser hejmara hêmanên antenna û portan gihîştin wê encamê ku rêwerziya bilind bi hêza berhevkirî ya bilind a li RFEH-a hawîrdorê re têkildar nake, bi texmîna bûyera kêfî ya sê-alî; ev ji hêla pîvandinên zeviyê yên li hawîrdorên bajarî ve hate piştrast kirin. Rêzên-qezencên bilind dikarin bi serîlêdanên WPT-ê ve bêne sînorkirin.
Ji bo veguheztina feydeyên antenên bi qezenca bilind ji RFEH-yên keyfî re, çareseriyên pakkirinê an sêwiranê têne bikar anîn da ku pirsgirêka rêwerziyê derbas bikin. Zencîreyek antenna du-patch tê pêşniyar kirin ku ji du aliyan ve enerjiyê ji RFEH-yên Wi-Fi yên hawîrdorê berhev bike. Antênên hucreyî yên hawîrdorê yên RFEH di heman demê de wekî qutiyên 3D têne sêwirandin û têne çap kirin an bi rûvên derveyî ve têne girêdan da ku qada pergalê kêm bikin û berhevkirina pir-alî bike. Strukturên rectenna kubî di RFEH-ên hawîrdorê de îhtimalek bilindtir wergirtina enerjiyê nîşan didin.
Pêşkeftinên sêwirana antenna ji bo zêdekirina firehiya tîrêjê, tevî hêmanên patchê yên parazît ên arîkar, hatin çêkirin da ku WPT li 2.4 GHz, 4 × 1 array çêtir bikin. Di heman demê de antenek tevnek 6 GHz bi gelek deverên tîrêjê jî hate pêşniyar kirin, ku li her portê gelek tîrêjan nîşan dide. Ji bo RFEH-a pir-alî û pir-polarîzekirî rektênên rûvî yên pir-port, pir-rastîfker û antên berhevkirina enerjiyê bi qalibên tîrêjê yên hemalî-alî ve hatine pêşniyar kirin. Di heman demê de ji bo berhevkirina enerjiyê ya pir-alî, pir-serrastkerên bi matrices çêker û tîrêjên antenna pir-port jî hatine pêşniyar kirin.
Bi kurtahî, dema ku antênên bi destkeftî yên zêde têne tercîh kirin ku hêza ku ji dendikên RF-ya nizm tê berhev kirin baştir bikin, wergirên pir rêwerzdar dibe ku di serîlêdanên ku rêgeza veguhêz nenas e de îdeal bin (mînak, RFEH an WPT-ya hawîrdorê bi kanalên belavkirinê yên nenas). Di vê xebatê de, ji bo WPT û RFEH-destkeftina bilind a pir-alî ve nêzîkatiyên pir-tîrêjê yên piralî têne pêşniyar kirin.
2. Polarîzasyona Antenna
Polarîzasyona antenna tevgera vektora qada elektrîkê li gorî rêgeza belavbûna antenna diyar dike. Nelihevkirina polarîzasyonê dikare bibe sedema kêmkirina veguheztin / wergirtina di navbera antênan de jî dema ku rêwerzên lobê yên sereke li hev werin. Mînakî, heke antenek LP ya vertical ji bo veguheztinê û antenek LP ya horizontal ji bo wergirtinê were bikar anîn, dê hêz neyê wergirtin. Di vê beşê de, rêbazên raporkirî yên ji bo zêdekirina karbidestiya wergirtina bêtêl û nehiştina windahiyên tevliheviya polarîzasyonê têne nirxandin. Kurteyek mîmariya rectenna ya pêşniyarkirî bi rêzgirtina polarîzasyonê di Xiflteya 6 de û mînakek SoA di Tablo 4 de tê dayîn.
jimar 6
Di danûstendinên hucreyî de, hevrêziya polarîzasyona xêzikî di navbera stasyonên bingehîn û têlefonên desta de ne mimkûn e ku were bidestxistin, ji ber vê yekê antenên stasyona bingehîn bi du-polarîzekirin an pir-polarîzasyon têne sêwirandin da ku ji windahiyên hevahengiya polarîzasyonê dûr nekevin. Lêbelê, guheztina polarîzasyona pêlên LP-ê ji ber bandorên pir rêgezê pirsgirêkek çaresernekirî dimîne. Li ser bingeha texmîna stasyonên bingehîn ên mobîl ên pir-polarîzekirî, antên RFEH-ya hucreyî wekî antên LP têne sêwirandin.
CP rectennas bi giranî di WPT de têne bikar anîn ji ber ku ew li hember hevberdanê bi nisbeten berxwedêr in. Antênên CP dikarin tîrêjên CP-yê bi heman arasteya zivirandinê (CP-ya çep-dest an rast-dest) ji bilî hemî pêlên LP-ê bêyî windakirina hêzê bistînin. Di her rewşê de, antenna CP veguhezîne û antenna LP bi windabûna 3 dB (50% windabûna hêzê) werdigire. CP rectennas têne ragihandin ku ji bo 900 MHz û 2.4 GHz û 5.8 GHz bandên pîşesazî, zanistî, û bijîjkî û her weha pêlên millimeter re minasib in. Di RFEH-a pêlên polarîzekirî yên keyfî de, cihêrengiya polarîzasyonê çareseriyek potansiyel a windahiyên hevahengiya polarîzasyonê nîşan dide.
Polarîzasyona bêkêmasî, ku wekî pir-polarîzasyon jî tê zanîn, hate pêşniyar kirin ku bi tevahî windahiyên hevahengiya polarîzasyonê têk bibe, berhevkirina her du pêlên CP û LP-ê gengaz dike, ku du hêmanên LP-ya ortogonal a du-polarîzekirî bi bandor hemî pêlên LP û CP-ê werdigirin. Ji bo ronîkirina vê yekê, voltaja tevna vertîkal û horizontî (VV û VH) bêyî guheztina goşeya polarîzasyonê domdar dimînin:
Qada elektrîkê ya pêla elektromagnetîk "E" ya CP, ku tê de hêz du caran (ji yekîneyek carekê) tê berhev kirin, bi vî rengî pêkhateya CP-ê bi tevahî distîne û 3 dB windabûna hevahengiya polarîzasyonê derbas dike:
Di dawiyê de, bi berhevoka DC-ê, pêlên bûyerê yên polarîzasyona keyfî têne wergirtin. Xiflteya 7 geometrîya rectenna bi tevahî polarîzekirî nîşan dide.
jimar 7
Bi kurtahî, di serîlêdanên WPT de bi dabînkirina hêzê veqetandî, CP tê tercih kirin ji ber ku ew karîgerîya WPT çêtir dike bêyî guheztina polarîzasyona antenna. Ji hêla din ve, di wergirtina pir-çavkaniyê de, nemaze ji çavkaniyên hawîrdorê, antên bi tevahî polarîzekirî dikarin pêşwaziya giştî ya çêtir û veguheztina herî zêde bi dest bixin; Mîmarên pir-port / pir-serrastker hewce ne ku hêza bi tevahî polarîzekirî li RF an DC bi hev re bikin.
Berhevkirinî
Ev kaxez pêşkeftina vê dawiyê di sêwirana antenna ji bo RFEH û WPT de dinirxîne, û dabeşkirinek standard a sêwirana antenna ji bo RFEH û WPT ku di wêjeya berê de nehatiye pêşniyar kirin pêşniyar dike. Sê hewcedariyên bingehîn ên antenna ji bo bidestxistina karbidestiya bilind a RF-to-DC wiha hatine destnîşankirin:
1. Ji bo bandên RFEH û WPT yên balkêş;
2. Lihevhatina lobê ya sereke di navbera veguhezker û wergirê di WPT de ji xwarinek taybetî;
3. Lihevhatina polarîzasyona di navbera rectenna û pêla bûyerê de bêyî ku ji goşe û pozîsyonê be.
Li ser bingeha impedansê, rectennas di nav 50Ω û rektênên hevgirtî yên rastker de têne dabeş kirin, bi baldarî lihevhatina impedansê ya di navbera band û barên cihêreng de û bikêrhatina her rêbazek lihevhatinê.
Taybetmendiyên tîrêjê yên SoA rectennas ji perspektîfa rêwerz û polarîzasyonê ve hatî lêkolîn kirin. Rêbazên ji bo baştirkirina destkeftiyê bi çêkirina tîrêjê û pakkirinê ji bo derbaskirina firehiya tîrêjê ya teng têne nîqaş kirin. Di dawiyê de, rectennasên CP-ê ji bo WPT, digel pêkanînên cihêreng têne vekolîn kirin da ku ji bo WPT û RFEH-ê resepsiyona serbixwe-polarîzasyonê bi dest bixin.
Ji bo bêtir agahdarî li ser antên, ji kerema xwe biçin:
Dema şandinê: Tebax-16-2024
