Antenne-Gelijkrichter Co-ûntwerp
It skaaimerk fan rjochthoeken dy't de EG-topology yn figuer 2 folgje, is dat de antenne direkt oerienkomt mei de gelijkrichter, ynstee fan de 50Ω-standert, wat fereasket dat it oerienkommende sirkwy om de gelijkrichter fan stroom te foarsjen minimalisearre of eliminearre wurdt. Dizze seksje besjocht de foardielen fan SoA-rjochthoeken mei net-50Ω-antennes en rjochthoeken sûnder oerienkommende netwurken.
1. Elektrysk lytse antennes
LC resonante ringantennes binne in soad brûkt yn tapassingen dêr't systeemgrutte kritysk is. By frekwinsjes ûnder 1 GHz kin de golflingte derfoar soargje dat standert ferspraat elemintantennes mear romte ynnimme as de totale grutte fan it systeem, en tapassingen lykas folslein yntegreare transceivers foar lichemsimplantaten profitearje benammen fan it gebrûk fan elektrysk lytse antennes foar WPT.
De hege ynduktive impedânsje fan 'e lytse antenne (tichtby resonânsje) kin brûkt wurde om de gelijkrichter direkt te koppelen of mei in ekstra on-chip kapasityf oanpassingsnetwurk. Elektrysk lytse antennes binne rapportearre yn WPT mei LP en CP ûnder 1 GHz mei gebrûk fan Huygens dipoolantennes, mei ka=0.645, wylst ka=5.91 yn normale dipolen (ka=2πr/λ0).
2. Gelijkrichterkonjugaatantenne
De typyske ynfierimpedânsje fan in diode is tige kapasityf, dus in induktive antenne is nedich om konjugaasjeimpedânsje te berikken. Fanwegen de kapasitive impedânsje fan 'e chip binne hege impedânsje-induktive antennes in soad brûkt yn RFID-tags. Dipoolantennes binne koartlyn in trend wurden yn komplekse impedânsje-RFID-antennes, dy't in hege impedânsje (wjerstân en reaktânsje) sjen litte tichtby har resonânsjefrekwinsje.
Induktive dipoolantennes binne brûkt om de hege kapasitansje fan 'e gelijkrichter yn' e frekwinsjebân fan belang oan te passen. Yn in opfolde dipoolantenne fungearret de dûbele koarte line (dipoolfolding) as in impedânsjetransformator, wêrtroch it ûntwerp fan in antenne mei ekstreem hege impedânsje mooglik is. As alternatyf is bias-feeding ferantwurdlik foar it ferheegjen fan 'e induktive reaktânsje, lykas de werklike impedânsje. It kombinearjen fan meardere foarspanningsdipooleleminten mei unbalansearre radiale stompkes mei strikjes foarmet in dûbele breedbân hege impedânsjeantenne. Figuer 4 lit guon rapportearre gelijkrichterkonjugaatantennes sjen.
Figuer 4
Stralingseigenskippen yn RFEH en WPT
Yn it Friis-model is it fermogen PRX dat ûntfongen wurdt troch in antenne op in ôfstân d fan 'e stjoerder in direkte funksje fan 'e ûntfanger- en stjoerderwinsten (GRX, GTX).
De haadlobrjochting en polarisaasje fan 'e antenne hawwe direkt ynfloed op 'e hoemannichte krêft dy't sammele wurdt fan 'e ynfallende weach. De strielingskarakteristiken fan 'e antenne binne wichtige parameters dy't ûnderskied meitsje tusken omjouwings-RFEH en WPT (figuer 5). Wylst yn beide tapassingen it fuortplantingsmedium ûnbekend wêze kin en it effekt dêrfan op 'e ûntfongen weach yn oerweging nommen wurde moat, kin kennis fan 'e útstjoerende antenne brûkt wurde. Tabel 3 identifisearret de wichtichste parameters dy't yn dizze seksje besprutsen wurde en har tapassing op RFEH en WPT.
Figuer 5
1. Rjochting en fersterking
Yn de measte RFEH- en WPT-tapassingen wurdt oannommen dat de samler de rjochting fan 'e ynfallende strieling net wit en dat der gjin sichtline (LoS) paad is. Yn dit wurk binne meardere antenne-ûntwerpen en pleatsingen ûndersocht om it ûntfongen fermogen fan in ûnbekende boarne te maksimalisearjen, ûnôfhinklik fan 'e haadlobôfstimming tusken de stjoerder en de ûntfanger.
Omnidireksjonele antennes binne in soad brûkt yn RFEH-rjochtingen yn 'e omjouwing. Yn 'e literatuer fariëarret de PSD ôfhinklik fan 'e oriïntaasje fan 'e antenne. De fariaasje yn krêft is lykwols net útlein, dus it is net mooglik om te bepalen oft de fariaasje te tankjen is oan it strielingspatroan fan 'e antenne of oan in polarisaasjemismatch.
Neist RFEH-tapassingen binne rjochtingsantennes en arrays mei hege winst breed rapportearre foar mikrogolf-WPT om de kolleksje-effisjinsje fan lege RF-krêftdichtheid te ferbetterjen of propagaasjeferliezen te oerwinnen. Yagi-Uda-rektenna-arrays, bowtie-arrays, spiraalarrays, tightly coupled Vivaldi-arrays, CPW CP-arrays en patch-arrays binne ûnder de skalberbere rektenna-ymplemintaasjes dy't de ynfallende krêftdichtheid ûnder in bepaald gebiet kinne maksimalisearje. Oare oanpakken om antennefersterking te ferbetterjen omfetsje substraat-yntegreare golflieder (SIW) technology yn mikrogolf- en millimetergolfbannen, spesifyk foar WPT. Hege-fersterking-rektenna's wurde lykwols karakterisearre troch smelle beambreedtes, wêrtroch't ûntfangst fan weagen yn willekeurige rjochtingen ineffisjint is. Undersyk nei it oantal antenne-eleminten en poarten konkludearre dat hegere rjochtingsfermogen net oerienkomt mei heger rispe fermogen yn omjouwings-RFEH, útgeande fan trijediminsjonale willekeurige ynfal; dit waard ferifiearre troch fjildmjittingen yn stedske omjouwingen. Hege-fersterking-arrays kinne beheind wurde ta WPT-tapassingen.
Om de foardielen fan antennes mei hege fersterking oer te bringen nei willekeurige RFEH's, wurde ferpakkings- of yndielingsoplossingen brûkt om it rjochtingsprobleem te oerwinnen. In polsband mei dûbele patch antenne wurdt foarsteld om enerzjy te rispjen fan omjouwings-Wi-Fi RFEH's yn twa rjochtingen. Omjouwings-sellulêre RFEH-antennes wurde ek ûntworpen as 3D-doazen en printe of plakt oan eksterne oerflakken om it systeemgebiet te ferminderjen en multydireksjonele rispinge mooglik te meitsjen. Kubike rjochthoekige struktueren litte in hegere kâns op enerzjy-ûntfangst sjen yn omjouwings-RFEH's.
Ferbetterings oan it antenne-ûntwerp om de beambreedte te fergrutsjen, ynklusyf ekstra parasitêre patch-eleminten, waarden makke om WPT te ferbetterjen by 2.4 GHz, 4 × 1 arrays. In 6 GHz mesh-antenne mei meardere beamregio's waard ek foarsteld, wat meardere strielen per poarte demonstrearret. Multi-poarte, multi-gelijkrichter-oerflak-rechtennas en enerzjy-rispinge-antennes mei omnidireksjonele strielingspatroanen binne foarsteld foar multi-direksjonele en multi-polarisearre RFEH. Multi-gelijkrichters mei beamformingsmatrices en multi-poarte antenne-arrays binne ek foarsteld foar hege-winst, multi-direksjonele enerzjy-rispinge.
Gearfetsjend, wylst antennes mei hege fersterking de foarkar hawwe om it fermogen te ferbetterjen dat út lege RF-tichtheden helle wurdt, binne heechrjochtingûntfangers miskien net ideaal yn tapassingen wêr't de stjoerrjochting ûnbekend is (bygelyks, omjouwings-RFEH of WPT fia ûnbekende propagaasjekanalen). Yn dit wurk wurde meardere multibeam-oanpakken foarsteld foar multirjochting WPT en RFEH mei hege fersterking.
2. Antennepolarisaasje
Antennepolarisaasje beskriuwt de beweging fan 'e elektryske fjildfektor relatyf oan' e rjochting fan 'e antennepropagaasje. Polarisaasjemismatches kinne liede ta fermindere oerdracht/ûntfangst tusken antennes, sels as de haadlobrjochtingen op elkoar ôfstimd binne. Bygelyks, as in fertikale LP-antenne brûkt wurdt foar oerdracht en in horizontale LP-antenne brûkt wurdt foar ûntfangst, sil der gjin stroom ûntfongen wurde. Yn dizze seksje wurde rapportearre metoaden foar it maksimalisearjen fan draadloze ûntfangsteffisjinsje en it foarkommen fan polarisaasjemismatchferliezen besjoen. In gearfetting fan 'e foarstelde rectenna-arsjitektuer mei respekt foar polarisaasje wurdt jûn yn figuer 6 en in foarbyld SoA wurdt jûn yn tabel 4.
Figuer 6
Yn sellulêre kommunikaasje is it net wierskynlik dat lineêre polarisaasje-ôfstimming tusken basisstasjons en mobile tillefoans berikt wurdt, dêrom binne basisstasjonantennes ûntworpen om dûbeld polarisearre of multipolarisearre te wêzen om ferliezen troch polarisaasjemismatch te foarkommen. De polarisaasjefariaasje fan LP-weagen fanwegen multipadeffekten bliuwt lykwols in ûnoplost probleem. Op basis fan 'e oanname fan multipolarisearre mobile basisstasjons binne sellulêre RFEH-antennes ûntworpen as LP-antennes.
CP-rektenna's wurde benammen brûkt yn WPT, om't se relatyf resistint binne tsjin mismatch. CP-antennes binne yn steat om CP-strieling te ûntfangen mei deselde rotaasjerjochting (loftshandige of rjochtshandige CP) neist alle LP-weagen sûnder ferlies fan fermogen. Yn alle gefallen stjoert de CP-antenne út en ûntfangt de LP-antenne mei in ferlies fan 3 dB (50% ferlies fan fermogen). CP-rektenna's wurde rapportearre geskikt te wêzen foar yndustriële, wittenskiplike en medyske banden fan 900 MHz en 2,4 GHz en 5,8 GHz, lykas millimeterweagen. Yn RFEH fan willekeurich polarisearre weagen fertsjintwurdiget polarisaasjediversiteit in potinsjele oplossing foar ferliezen troch polarisaasjemismatch.
Folsleine polarisaasje, ek wol bekend as multipolarisaasje, is foarsteld om ferliezen troch polarisaasjemismatch folslein te oerwinnen, wêrtroch't sawol CP- as LP-weagen sammele wurde kinne, wêrby't twa dûbelpolarisearre ortogonale LP-eleminten effektyf alle LP- en CP-weagen ûntfange. Om dit te yllustrearjen, bliuwe de fertikale en horizontale netto spanningen (VV en VH) konstant, nettsjinsteande de polarisaasjehoeke:
CP elektromagnetyske weach "E" elektrysk fjild, wêrby't stroom twa kear sammele wurdt (ien kear per ienheid), wêrtroch't de CP-komponint folslein ûntfongen wurdt en it ferlies fan 3 dB polarisaasjemismatch oerwûn wurdt:
Uteinlik kinne, troch DC-kombinaasje, ynfallende weagen fan willekeurige polarisaasje ûntfongen wurde. Figuer 7 lit de geometry sjen fan 'e rapportearre folslein polarisearre rjochthoeke.
Figuer 7
Gearfetsjend, yn WPT-tapassingen mei tawijde stroomfoarsjennings, hat CP de foarkar, om't it de WPT-effisjinsje ferbetteret, nettsjinsteande de polarisaasjehoeke fan 'e antenne. Oan 'e oare kant, yn multi-boarne-akwisysje, foaral fan omjouwingsboarnen, kinne folslein polarisearre antennes in bettere algemiene ûntfangst en maksimale portabiliteit berikke; multi-port/multi-gelijkrichter-arsjitektueren binne fereaske om folslein polarisearre krêft te kombinearjen by RF of DC.
Gearfetting
Dit artikel besjocht de resinte foarútgong yn antenne-ûntwerp foar RFEH en WPT, en stelt in standertklassifikaasje foar antenne-ûntwerp foar RFEH en WPT foar dy't net yn eardere literatuer foarsteld is. Trije basis antenne-easken foar it berikken fan hege RF-nei-DC-effisjinsje binne identifisearre as:
1. Antennegelijkrichterimpedânsjebânbreedte foar de RFEH- en WPT-bannen fan belang;
2. Haadlob-ôfstimming tusken stjoerder en ûntfanger yn WPT fan in tawijde feed;
3. Polarisaasje-oerienkomst tusken de rectenna en de ynfallende weach, ûnôfhinklik fan hoeke en posysje.
Op basis fan impedânsje wurde rjochthoeken yndield yn 50Ω en gelykrichterkonjugearre rjochthoeken, mei in fokus op impedânsjeoanpassing tusken ferskate bands en lesten en de effisjinsje fan elke oanpassingsmetoade.
De strielingseigenskippen fan SoA-rektenna's binne besjoen út it perspektyf fan rjochting en polarisaasje. Metoaden om de fersterking te ferbetterjen troch beamfoarming en ynpakking om smelle beambreedte te oerwinnen wurde besprutsen. Ta beslút wurde CP-rektenna's foar WPT besjoen, tegearre mei ferskate ymplemintaasjes om polarisaasje-ûnôfhinklike ûntfangst te berikken foar WPT en RFEH.
Om mear te learen oer antennes, kinne jo terecht op:
Pleatsingstiid: 16 augustus 2024
