Antèn-Redresman ko-konsepsyon
Karakteristik rèktèn yo swiv topoloji EG nan Figi 2 se ke antèn la dirèkteman matche ak redresman an, olye ke estanda a 50Ω, ki mande pou minimize oswa elimine kous la matche pou pouvwa redresman an. Seksyon sa a revize avantaj ki genyen nan rektèn SoA ak antèn ki pa 50Ω ak rèktèn san rezo matche.
1. elektrik ti antèn
Antèn bag sonan LC yo te lajman itilize nan aplikasyon kote gwosè sistèm se kritik. Nan frekans ki pi ba pase 1 GHz, longèdonn an ka lakòz antèn eleman distribiye estanda yo okipe plis espas pase gwosè jeneral sistèm nan, ak aplikasyon tankou transceiver totalman entegre pou implants kò patikilyèman benefisye de itilizasyon antèn elektrik piti pou WPT.
Enpedans endiktif anwo nan syèl la nan ti antèn la (tou pre sonorite) ka itilize dirèkteman kouple redresman an oswa ak yon rezo adisyonèl kapasitif sou-chip. Antèn elektrik piti yo te rapòte nan WPT ak LP ak CP anba a 1 GHz lè l sèvi avèk antèn dipol Huygens, ak ka = 0.645, pandan y ap ka = 5.91 nan dipol nòmal (ka = 2πr / λ0).
2. Redresman konjige antèn
Enpedans nan opinyon tipik nan yon dyod se trè kapasitif, kidonk yon antèn endiktif oblije reyalize enpedans konjige. Akòz enpedans kapasitif chip la, gwo antèn endiktif enpedans yo te lajman itilize nan tag RFID. Antèn dipol te dènyèman vin yon tandans nan antèn RFID enpedans konplèks, ki montre gwo enpedans (rezistans ak reaktans) tou pre frekans sonans yo.
Antèn dipol endiktif yo te itilize pou matche ak gwo kapasite redresman an nan gwoup frekans nan enterè. Nan yon antèn dipol ki plwaye, doub liy kout (pliman dipol) aji kòm yon transfòmatè enpedans, ki pèmèt konsepsyon an nan yon antèn enpedans trè wo. Altènativman, manje patipri responsab pou ogmante reaktans endiktif la ak enpedans aktyèl la. Konbine plizyè eleman dipol partial ak dezekilib souch radial bow-tie fòme yon antèn doub bande segondè enpedans. Figi 4 montre kèk antèn konjige redresman rapòte.
Figi 4
Karakteristik radyasyon nan RFEH ak WPT
Nan modèl Friis la, PRX pouvwa a resevwa pa yon antèn nan yon distans d soti nan transmetè a se yon fonksyon dirèk nan reseptè a ak pwogrè transmetè (GRX, GTX).
Direksyon prensipal lòb antèn la ak polarizasyon dirèkteman gen enpak sou kantite pouvwa yo kolekte nan vag ensidan an. Karakteristik radyasyon antèn yo se paramèt kle ki fè diferans ant anbyen RFEH ak WPT (Figi 5). Pandan ke nan tou de aplikasyon mwayen pwopagasyon an ka enkoni ak efè li sou vag resevwa a bezwen yo dwe konsidere, konesans nan antèn la transmèt ka eksplwate. Tablo 3 idantifye paramèt kle yo diskite nan seksyon sa a ak aplikasyon yo nan RFEH ak WPT.
Figi 5
1. Directivity ak genyen
Nan pifò aplikasyon RFEH ak WPT, li sipoze ke pèseptè a pa konnen direksyon radyasyon ensidan an epi pa gen okenn chemen liy-of-sight (LoS). Nan travay sa a, plizyè konsepsyon antèn ak plasman yo te envestige pou maksimize pouvwa a resevwa nan men yon sous enkoni, endepandan de aliyman lòb prensipal la ant transmetè a ak reseptè a.
Antèn omnidireksyon yo te lajman itilize nan antèn RFEH anviwònman an. Nan literati a, PSD la varye selon oryantasyon antèn la. Sepandan, varyasyon pouvwa a pa te eksplike, kidonk li pa posib pou detèmine si varyasyon an se akòz modèl radyasyon antèn la oswa akòz dezakò polarizasyon.
Anplis de aplikasyon pou RFEH, yo te lajman rapòte antèn direksyon ak etalaj ki gen gwo benefis pou WPT mikwo ond pou amelyore efikasite koleksyon nan dansite pouvwa ki ba RF oswa simonte pèt pwopagasyon. Yagi-Uda ranje rèktèn, ranje bowtie, ranje espiral, ranje Vivaldi byen makonnen, ranje CPW CP, ak ranje patch se pami enplemantasyon rektèn yo évolutive ki ka maksimize dansite pouvwa ensidan an anba yon sèten zòn. Lòt apwòch pou amelyore benefis antèn gen ladan teknoloji substrate integrated waveguide (SIW) nan mikwo ond ak bann vag milimèt, espesifik pou WPT. Sepandan, rektèn ki gen gwo benefis yo karakterize pa lajè travès etwat, sa ki fè resepsyon vag nan direksyon abitrè efikas. Envestigasyon sou kantite eleman antèn ak pò yo te konkli ke pi wo dirèktivite pa koresponn ak pi gwo pouvwa rekòlte nan anbyen RFEH sipoze ensidans abitrè ki genyen twa dimansyon; sa a te verifye pa mezi jaden nan anviwònman iben. Gwo-gain etalaj ka limite a aplikasyon WPT.
Pou transfere benefis ki genyen nan antèn ki gen gwo benefis nan RFEH abitrè, yo itilize solisyon anbalaj oswa layout pou simonte pwoblèm dirèktivite a. Yo pwopoze yon braslè antèn doub patch pou rekòlte enèji nan anbyen Wi-Fi RFEH nan de direksyon. Antèn RFEH selilè anbyen yo fèt tou kòm bwat 3D epi enprime oswa respekte sifas ekstèn pou diminye zòn sistèm lan epi pèmèt rekòlte milti-direksyon. Estrikti rectenna kib montre pi gwo pwobabilite pou resepsyon enèji nan anbyen RFEHs.
Amelyorasyon nan konsepsyon antèn pou ogmante lajè travès, ki gen ladan eleman oksilyè patch parazit, yo te fè pou amelyore WPT nan 2.4 GHz, 4 × 1 etalaj. Yo te pwopoze tou yon antèn may 6 GHz ak plizyè rejyon gwo bout bwa, ki montre plizyè travès pou chak pò. Plizyè pò, milti-rektifikateur sifas rectennas ak enèji rekòlte antèn ak modèl radyasyon omnidireksyon yo te pwopoze pou milti-direksyon ak milti-polarize RFEH. Multi-rektifikateur ak matris beamforming ak etalaj antèn milti-pò yo te pwopoze tou pou rekòlte enèji milti-direksyon ak gwo benefis.
An rezime, pandan y ap antèn ki gen gwo benefis yo pi pito amelyore pouvwa a rekòlte nan dansite RF ki ba, reseptè trè direksyon yo ka pa ideyal nan aplikasyon kote direksyon transmetè a se enkoni (egzanp, anbyen RFEH oswa WPT atravè chanèl pwopagasyon enkoni). Nan travay sa a, yo pwopoze plizyè apwòch milti-travès pou WPT ak RFEH milti-direksyon.
2. Polarizasyon antèn
Polarizasyon antèn dekri mouvman vektè jaden elektrik la parapò ak direksyon pwopagasyon antèn. Dezakò nan polarizasyon ka mennen nan diminye transmisyon / resepsyon ant antèn menm lè direksyon prensipal yo nan lòb yo aliyen. Pou egzanp, si yo itilize yon antèn LP vètikal pou transmisyon epi yo itilize yon antèn LP orizontal pou resepsyon, pa gen okenn pouvwa ap resevwa. Nan seksyon sa a, yo revize metòd rapòte pou maksimize efikasite resepsyon san fil epi evite pèt dezakò nan polarizasyon. Yon rezime sou achitekti rectenna pwopoze a ki gen rapò ak polarizasyon yo bay nan Figi 6 ak yon egzanp SoA yo bay nan Tablo 4.
Figi 6
Nan kominikasyon selilè, aliyman polarizasyon lineyè ant estasyon debaz ak telefòn mobil yo pa fasil pou reyalize, kidonk antèn estasyon debaz yo fèt pou yo dwe doub-polarize oswa milti-polarize pou fè pou evite pèt dezakò nan polarizasyon. Sepandan, varyasyon polarizasyon vag LP akòz efè multipath rete yon pwoblèm ki pa rezoud. Ki baze sou sipozisyon estasyon baz mobil milti-polarize, antèn RFEH selilè yo fèt kòm antèn LP.
Rectennas CP yo pwensipalman itilize nan WPT paske yo relativman rezistan a dezakò. Antèn CP yo kapab resevwa radyasyon CP ak menm direksyon wotasyon (CP goch oswa dwa) anplis tout vag LP san pèt pouvwa. Nan nenpòt ka, antèn CP a transmèt ak antèn LP a resevwa ak yon pèt 3 dB (50% pèt pouvwa). Rektenn CP yo rapòte yo apwopriye pou 900 MHz ak 2.4 GHz ak 5.8 GHz bann endistriyèl, syantifik, ak medikal ansanm ak vag milimèt. Nan RFEH nan vag polarize abitrèman, divèsite polarizasyon reprezante yon solisyon potansyèl pou pèt dezakò polarizasyon.
Polarizasyon konplè, ke yo rele tou milti-polarizasyon, yo te pwopoze pou konplètman simonte pèt dezakò polarizasyon, sa ki pèmèt koleksyon tou de vag CP ak LP, kote de eleman orthogonal LP doub-polarize efektivman resevwa tout vag LP ak CP. Pou ilistre sa a, vòltaj nèt vètikal ak orizontal (VV ak VH) rete konstan kèlkeswa ang polarizasyon an:
Onn elektwomayetik CP "E" jaden elektrik, kote pouvwa yo kolekte de fwa (yon fwa pou chak inite), kidonk totalman resevwa eleman CP a ak simonte pèt dezekilib polarizasyon 3 dB:
Finalman, atravè konbinezon DC, yo ka resevwa vag ensidan polarizasyon abitrè. Figi 7 montre jeyometri rektèn totalman polarize rapòte a.
Figi 7
An rezime, nan aplikasyon WPT ak ekipman pou pouvwa dedye, CP pi pito paske li amelyore efikasite WPT kèlkeswa ang polarizasyon antèn la. Nan lòt men an, nan akizisyon milti-sous, espesyalman nan sous anbyen, antèn konplètman polarize ka reyalize pi bon resepsyon an jeneral ak portabilite maksimòm; Achitekti milti-pò / milti-redresman yo oblije konbine pouvwa konplètman polarize nan RF oswa DC.
Rezime
Papye sa a revize dènye pwogrè nan konsepsyon antèn pou RFEH ak WPT, epi li pwopoze yon klasifikasyon estanda nan konsepsyon antèn pou RFEH ak WPT ki pa te pwopoze nan literati anvan yo. Twa kondisyon antèn debaz pou reyalize efikasite segondè RF-a-DC yo te idantifye kòm:
1. Pleasant enpedans redresman antèn pou bann enterè RFEH ak WPT yo;
2. Aliyman lòb prensipal ant transmetè ak reseptè nan WPT soti nan yon manje devwe;
3. Polarizasyon matche ant rectenna a ak vag ensidan an kèlkeswa ang ak pozisyon.
Ki baze sou enpedans, rectennas yo klase nan 50Ω ak redresman konjige rectennas, ak yon konsantre sou matche enpedans ant gwoup diferan ak chaj ak efikasite nan chak metòd matche.
Karakteristik radyasyon yo nan rektèn SoA yo te revize nan pèspektiv nan dirèktivite ak polarizasyon. Metòd pou amelyore benefis pa beamforming ak anbalaj pou simonte etwat beamwidth yo diskite. Finalman, yo revize CP rectennas pou WPT, ansanm ak plizyè aplikasyon pou reyalize resepsyon polarizasyon endepandan pou WPT ak RFEH.
Pou aprann plis sou antèn, tanpri vizite:
Tan pòs: Out-16-2024
