1.Entwodiksyon
Radyo frekans (RF) enèji rekòlte (RFEH) ak transfè pouvwa san fil radyativ (WPT) te atire gwo enterè kòm metòd pou reyalize rezo san fil dirab san batri. Rectennas yo se poto sistèm WPT ak RFEH epi yo gen yon enpak siyifikatif sou pouvwa DC ki bay chaj la. Eleman antèn yo nan rektèn nan dirèkteman afekte efikasite nan rekòlte, ki ka varye pouvwa a rekòlte pa plizyè lòd nan grandè. Papye sa a revize desen antèn yo itilize nan aplikasyon WPT ak anbyen RFEH. Rectennes rapòte yo klase dapre de kritè prensipal: antèn la rektifye enpedans Pleasant ak karakteristik radyasyon antèn la. Pou chak kritè, yo detèmine figi merit (FoM) pou aplikasyon diferan epi yo revize konparativman.
Tesla te pwopoze WPT nan kòmansman 20yèm syèk la kòm yon metòd pou transmèt dè milye de puisans. Tèm rectenna a, ki dekri yon antèn ki konekte nan yon redresman pou rekòlte pouvwa RF, te parèt nan ane 1950 yo pou aplikasyon pou transmisyon pouvwa mikwo ond espas ak pou pouvwa dron otonòm. Omnidireksyon, alontèm WPT se contrainte pa pwopriyete fizik mwayen pwopagasyon an (lè). Se poutèt sa, WPT komèsyal se sitou limite a tou pre-jaden transfè pouvwa ki pa radyativ pou chaj elektwonik konsomatè san fil oswa RFID.
Kòm konsomasyon pouvwa a nan aparèy semi-conducteurs ak nœuds Capteur san fil kontinye ap diminye, li vin pi posib nan pouvwa Capteur nœuds lè l sèvi avèk RFEH anbyen oswa lè l sèvi avèk distribiye ba-pouvwa transmetè omnidireksyon. Sistèm pouvwa san fil ultra-ba pouvwa anjeneral konpoze de yon fen akizisyon RF, DC pouvwa ak jesyon memwa, ak yon mikwo-pwosesè ak transceiver ki ba-pouvwa.
Figi 1 montre achitekti yon ne san fil RFEH ak enplemantasyon RF yo souvan rapòte. Efikasite fen-a-fen nan sistèm nan pouvwa san fil ak achitekti nan senkronize enfòmasyon an san fil ak rezo transfè pouvwa depann sou pèfòmans nan eleman endividyèl, tankou antèn, redresman, ak sikui jesyon pouvwa. Plizyè sondaj literati yo te fèt pou diferan pati nan sistèm nan. Tablo 1 rezime etap konvèsyon pouvwa a, eleman kle pou konvèsyon pouvwa efikas, ak sondaj literati ki gen rapò pou chak pati. Literati ki sot pase yo konsantre sou teknoloji konvèsyon pouvwa, topoloji redresman, oswa RFEH ki konsyan rezo.
Figi 1
Sepandan, konsepsyon antèn pa konsidere kòm yon eleman kritik nan RFEH. Malgre ke kèk literati konsidere Pleasant antèn ak efikasite nan yon pèspektiv jeneral oswa nan yon pèspektiv konsepsyon antèn espesifik, tankou antèn miniaturize oswa portable, enpak sèten paramèt antèn sou resepsyon pouvwa ak efikasite konvèsyon pa analize an detay.
Papye sa a revize teknik konsepsyon antèn nan rektann ak objektif pou distenge defi konsepsyon antèn espesifik RFEH ak WPT ak konsepsyon antèn estanda kominikasyon. Antèn yo konpare nan de pèspektiv: matche ak enpedans fen-a-fen ak karakteristik radyasyon; an chak ka, FoM la idantifye ak revize nan antèn yo dènye-, dènye modèl (SoA).
2. Bandwidth ak matche: Rezo RF ki pa 50Ω
Enpedans karakteristik 50Ω se yon konsiderasyon byen bonè nan konpwomi ki genyen ant atténuation ak pouvwa nan aplikasyon jeni mikwo ond. Nan antèn, lajè enpedans la defini kòm ranje frekans kote pouvwa a reflete se mwens pase 10% (S11 < - 10 dB). Depi anplifikatè bri ki ba (LNAs), anplifikatè pouvwa, ak detektè yo tipikman fèt ak yon matche ak enpedans antre 50Ω, se yon sous 50Ω tradisyonèlman referans.
Nan yon rektèn, pwodiksyon antèn la dirèkteman manje nan redresman an, ak nonlinearity nan dyod la lakòz yon gwo varyasyon nan enpedans nan opinyon, ak eleman nan kapasitif domine. Sipoze yon antèn 50Ω, defi prensipal la se konsepsyon yon lòt rezo matche RF pou transfòme enpedans antre nan enpedans redresman an nan frekans nan enterè ak optimize li pou yon nivo pouvwa espesifik. Nan ka sa a, bout-a-fen enpedans Pleasant oblije asire efikas RF konvèsyon DC. Se poutèt sa, byenke antèn yo ka reyalize teyorikman enfini oswa ultra-lajè Pleasant lè l sèvi avèk eleman peryodik oswa jeyometri pwòp tèt ou-konplemantè, Pleasant a nan rektèn nan pral boutèy pa rezo a matche redresman.
Plizyè topoloji rèktèn yo te pwopoze pou reyalize rekòlte yon sèl-band ak milti-band oswa WPT pa minimize refleksyon ak maksimize transfè pouvwa ant antèn la ak redresman an. Figi 2 montre estrikti topoloji rectenna rapòte yo, kategori pa achitekti matche enpedans yo. Tablo 2 montre egzanp rektèn ki gen gwo pèfòmans ki gen rapò ak Pleasant bout-a-fen (nan ka sa a, FoM) pou chak kategori.
Figi 2 Topoloji Rectenna nan pèspektiv nan Pleasant ak matche enpedans. (a) Single-band rektèn ak antèn estanda. (b) Multiband rectenna (ki konpoze de miltip antèn makonnen) ak yon sèl redresman ak rezo matche pou chak gwoup. (c) Broadband rectenna ak plizyè pò RF ak rezo matche separe pou chak gwoup. (d) Rektèn laj bande ak antèn bande ak rezo matche ak bande. (e) Single-band rectenna ki itilize elektrik ti antèn dirèkteman matche ak redresman an. (f) Single-band, elektrik gwo antèn ak enpedans konplèks konjige ak redresman an. (g) Broadband rectenna ak enpedans konplèks pou konjige ak redresman an sou yon seri frekans.
Pandan ke WPT ak RFEH anbyen ki soti nan manje dedye yo se aplikasyon rektèn diferan, reyalize matche fen-a-fen ant antèn, redresman ak chaj se fondamantal pou reyalize efikasite konvèsyon gwo pouvwa (PCE) nan yon pèspektiv Pleasant. Men, WPT rectennas konsantre plis sou reyalize pi bon kalite faktè matche (pi ba S11) amelyore PCE sèl-bann nan sèten nivo pouvwa (topoloji a, e ak f). Pleasant lajè nan yon sèl-band WPT amelyore iminite sistèm nan detuning, defo fabrikasyon ak parazit anbalaj. Nan lòt men an, RFEH rectennas priyorite operasyon milti-bann ak fè pati topoloji bd ak g, kòm dansite espektral pouvwa a (PSD) nan yon gwoup se jeneralman pi ba.
3. konsepsyon antèn rektangilè
1. Single-frekans rectenna
Konsepsyon antèn nan yon sèl-frekans rectenna (topoloji A) se sitou ki baze sou konsepsyon antèn estanda, tankou polarizasyon lineyè (LP) oswa polarizasyon sikilè (CP) plak radyasyon sou avyon an tè, antèn dipol ak antèn F envèse. Diferansyèl band rectenna baze sou DC konbinezon etalaj configuré ak plizyè inite antèn oswa melanje DC ak RF konbinezon inite patch miltip.
Piske anpil nan antèn yo pwopoze yo se antèn yon sèl-frekans ak satisfè kondisyon ki nan yon sèl-frekans WPT, lè w ap chèche anviwònman milti-frekans RFEH, miltip antèn yon sèl-frekans yo konbine nan milti-band rectennas (topoloji B) ak sipresyon kouple mityèl ak endepandan DC konbinezon apre kous la jesyon pouvwa konplètman izole yo soti nan akizisyon RF ak sikwi konvèsyon. Sa a mande pou plizyè sikui jesyon pouvwa pou chak gwoup, ki ka diminye efikasite konvètisè ogmantasyon an paske pouvwa DC yon gwoup sèl ba.
2. Antèn RFEH milti-band ak bande
Anviwònman RFEH souvan asosye ak akizisyon milti-band; Se poutèt sa, yo te pwopoze yon varyete teknik pou amelyore Pleasant desen antèn estanda ak metòd pou fòme etalaj antèn doub oswa bann. Nan seksyon sa a, nou revize konsepsyon antèn koutim pou RFEH yo, osi byen ke antèn klasik milti-band ki gen potansyèl pou yo itilize kòm rektèn.
Antèn monopòl Coplanar waveguide (CPW) okipe mwens zòn pase antèn patch microstrip nan menm frekans epi pwodui vag LP oswa CP, epi yo souvan itilize pou rektèn nan anviwònman bande. Avyon refleksyon yo itilize pou ogmante izolasyon ak amelyore benefis, sa ki lakòz modèl radyasyon ki sanble ak antèn patch. Yo itilize antèn gid ond koplanè yo pou amelyore lajè enpedans pou plizyè gwoup frekans, tankou 1.8–2.7 GHz oswa 1–3 GHz. Antèn plas makonnen-manje ak antèn patch yo tou souvan itilize nan desen rektèn milti-band. Figi 3 montre kèk rapòte antèn milti-band ki itilize plis pase yon teknik amelyorasyon bandwidth.
Figi 3
Antèn-Redresman enpedans matche
Matche yon antèn 50Ω ak yon redresman ki pa lineyè se yon defi paske enpedans antre li yo varye anpil ak frekans. Nan topoloji A ak B (Figi 2), rezo matche komen an se yon match LC lè l sèvi avèk eleman lumped; sepandan, bandwidth relatif la anjeneral pi ba pase pifò gwoup kominikasyon. Korespondans sèl-bann yo souvan itilize nan mikwo ond ak bann milimèt vag anba a 6 GHz, ak rektèn yo rapòte milimèt-onn yo gen yon Pleasant natirèlman etwat paske Pleasant PCE yo anbouteyaj pa pwodiksyon Harmony repwesyon, ki fè yo patikilyèman apwopriye pou sèl- bann aplikasyon WPT nan bann 24 GHz san lisans.
Rectennas yo nan topoloji C ak D gen rezo matche pi konplèks. Yo te pwopoze rezo matche liy konplètman distribye pou matche bande, ak yon blòk RF / DC sikwi kout (filtre pase) nan pò pwodiksyon an oswa yon kondansateur bloke DC kòm yon chemen retounen pou Harmony Dyòd. Konpozan redresman yo ka ranplase pa kondansateur entèdijite tablo sikwi enprime (PCB), ki se sentèz lè l sèvi avèk zouti komèsyal automatisation konsepsyon elektwonik. Lòt yo rapòte rezo correspondance rectenna bande konbine eleman lumped pou correspondance pou pi ba frekans yo ak distribiye eleman pou kreye yon kout RF nan D' a.
Yo te itilize varye enpedans opinyon yo obsève pa chaj la atravè yon sous (ke yo rekonèt kòm teknik sous-rale) yo te itilize pou desine yon redresman bande ak 57% Pleasant relatif (1.25-2.25 GHz) ak 10% pi wo PCE konpare ak sikui lumped oswa distribye. . Malgre ke rezo matche yo tipikman fèt matche ak antèn sou tout 50Ω Pleasant, gen rapò nan literati a kote antèn bande yo te konekte ak redresman bande etwat.
Ibrid lumped-eleman ak distribiye-eleman matche rezo yo te lajman itilize nan topoloji C ak D, ak seri induktè ak kondansateur yo se eleman ki pi souvan itilize lumped. Sa yo evite estrikti konplèks tankou kondansateur entèdijite, ki mande pou modèl pi egzak ak fabwikasyon pase liy microstrip estanda.
Pouvwa a D 'nan redresman an afekte enpedans nan opinyon akòz nonlinearity nan dyod la. Se poutèt sa, rectenna a fèt pou maksimize PCE a pou yon nivo pouvwa opinyon espesifik ak enpedans chaj. Piske dyod yo se prensipalman kapasitif segondè enpedans nan frekans ki anba a 3 GHz, rektènn bande ki elimine rezo matche oswa minimize sikwi matche senplifye yo te konsantre sou frekans Prf> 0 dBm ak pi wo a 1 GHz, depi dyod yo gen enpedans kapasitif ki ba epi yo ka byen matche. nan antèn la, konsa evite konsepsyon antèn ak reaktans opinyon> 1,000Ω.
Adaptasyon oswa rekonfigurabl enpedans matche yo te wè nan CMOS rectennas, kote rezo a matche konsiste de bank kondansateur sou-chip ak induktè. Rezo estatik CMOS matche yo te pwopoze tou pou antèn estanda 50Ω kòm byen ke antèn bouk ki fèt ansanm. Yo te rapòte ke pasif CMOS detektè pouvwa yo te itilize pou kontwole switch ki dirije pwodiksyon an nan antèn nan diferan redresman ak rezo matche depann sou pouvwa a ki disponib. Yo te pwopoze yon rezo matche reconfigurable lè l sèvi avèk kondansateur reglabl lumped, ki se branche pa amann-akor pandan y ap mezire enpedans nan opinyon lè l sèvi avèk yon analizè rezo vektè. Nan rezo matche microstrip reconfigurable, switch tranzistò efè jaden yo te itilize pou ajiste souch yo matche pou reyalize karakteristik doub-band.
Pou aprann plis sou antèn, tanpri vizite:
Tan pòs: Aug-09-2024
