Antèn-Redifikatè Ko-konsepsyon
Karakteristik rektann ki swiv topoloji EG nan Figi 2 a se antèn nan konekte dirèkteman ak redresè a, olye de estanda 50Ω la, ki mande pou minimize oswa elimine sikwi adaptasyon an pou bay redresè a pouvwa. Seksyon sa a revize avantaj rektann SoA ak antèn ki pa 50Ω ak rektann san rezo adaptasyon.
1. Antèn elektrikman piti
Antèn rezonans LC yo te lajman itilize nan aplikasyon kote gwosè sistèm lan kritik. Nan frekans ki anba 1 GHz, longèdonn lan ka lakòz antèn eleman distribye estanda yo okipe plis espas pase gwosè total sistèm lan, epi aplikasyon tankou transceiver konplètman entegre pou enplant kò yo patikilyèman benefisye de itilizasyon antèn elektrikman piti pou WPT.
Gwo enpedans endiktif ti antèn nan (toupre rezonans) ka itilize pou konekte redresè a dirèkteman oubyen avèk yon lòt rezo kapasitif entegre. Yo rapòte antèn elektrikman piti nan WPT ak LP ak CP anba 1 GHz lè l sèvi avèk antèn dipol Huygens, ak ka=0.645, alòske ka=5.91 nan dipol nòmal (ka=2πr/λ0).
2. Antèn konjige redresè
Enpedans antre tipik yon dyòd trè kapasitif, kidonk yon antèn endiktif nesesè pou reyalize enpedans konjige. Akòz enpedans kapasitif chip la, antèn endiktif ki gen gwo enpedans yo te lajman itilize nan etikèt RFID yo. Antèn dipol yo dènyèman vin tounen yon tandans nan antèn RFID ki gen enpedans konplèks, yo montre yon gwo enpedans (rezistans ak reyaktans) toupre frekans rezonans yo.
Yo te itilize antèn dipol endiktif pou koresponn ak gwo kapasitans redresè a nan bann frekans ki enterese a. Nan yon antèn dipol ki pliye, doub liy kout la (pliye dipol) aji kòm yon transfòmatè enpedans, sa ki pèmèt konsepsyon yon antèn enpedans ki wo anpil. Altènativman, alimantasyon polarizasyon an responsab pou ogmante reyaktans endiktif la ansanm ak enpedans aktyèl la. Konbinezon plizyè eleman dipol polarize ak ti bout radyal dezekilib ki fòm nœud papyon fòme yon antèn doub bande laj ak gwo enpedans. Figi 4 montre kèk antèn redresè konjige ki rapòte.
Figi 4
Karakteristik radyasyon nan RFEH ak WPT
Nan modèl Friis la, puisans PRX yon antèn resevwa a yon distans d soti nan transmetè a se yon fonksyon dirèk de gen reseptè a ak transmetè a (GRX, GTX).
Direktivite ak polarizasyon lòb prensipal antèn lan gen yon enpak dirèk sou kantite puisans ki kolekte nan vag ensidan an. Karakteristik radyasyon antèn yo se paramèt kle ki fè diferans ant RFEH anbyen ak WPT (Figi 5). Pandan ke nan tou de aplikasyon yo, mwayen pwopagasyon an ka enkoni epi efè li sou vag resevwa a bezwen konsidere, konesans sou antèn transmisyon an ka eksplwate. Tablo 3 idantifye paramèt kle yo diskite nan seksyon sa a ak aplikabilite yo nan RFEH ak WPT.
Figi 5
1. Direktivite ak Pwofi
Nan pifò aplikasyon RFEH ak WPT, yo sipoze ke kolektè a pa konnen direksyon radyasyon ensidan an epi pa gen okenn chemen liy vizyèl (LoS). Nan travay sa a, yo te envestige plizyè konsepsyon ak plasman antèn pou maksimize puisans ki resevwa nan yon sous enkoni, endepandan de aliyman lòb prensipal ant transmetè a ak reseptè a.
Antèn omnidireksyonèl yo te lajman itilize nan rektan RFEH anviwònman yo. Nan literati a, PSD a varye selon oryantasyon antèn lan. Sepandan, varyasyon nan puisans lan pa te eksplike, kidonk li pa posib pou detèmine si varyasyon an akòz modèl radyasyon antèn lan oswa akòz move matche polarizasyon.
Anplis aplikasyon RFEH yo, yo rapòte anpil antèn direksyonèl ak seri antèn ki gen gwo gen pou WPT mikwo ond pou amelyore efikasite koleksyon dansite puisans RF ki ba oswa simonte pèt pwopagasyon. Seri antèn Yagi-Uda, seri bowtie, seri espiral, seri Vivaldi ki byen konekte, seri CPW CP, ak seri patch se pami aplikasyon rectenna évolutif ki ka maksimize dansite puisans ensidan an anba yon sèten zòn. Lòt apwòch pou amelyore gen antèn yo enkli teknoloji gid vag entegre substrat (SIW) nan band vag mikwo ond ak milimèt, espesifik pou WPT. Sepandan, rectenna ki gen gwo gen yo karakterize pa lajè gwo bout bwa etwat, sa ki fè resepsyon vag nan direksyon abitrè yo pa efikas. Envestigasyon sou kantite eleman ak pò antèn yo te konkli ke pi gwo direktivite pa koresponn ak pi gwo puisans rekòlte nan RFEH anbyen an sipoze yon ensidans abitrè twa dimansyon; sa te verifye pa mezi teren nan anviwònman iben. Seri antèn ki gen gwo gen yo ka limite a aplikasyon WPT.
Pou transfere benefis antèn ki gen gwo gen yo nan RFEH abitrè, yo itilize solisyon anbalaj oswa layout pou simonte pwoblèm direktivite a. Yo pwopoze yon braslè antèn doub-patch pou kolekte enèji nan RFEH Wi-Fi anbyen yo nan de direksyon. Antèn RFEH selilè anbyen yo fèt tou kòm bwat 3D epi yo enprime oswa kole sou sifas ekstèn pou diminye zòn sistèm lan epi pèmèt koleksyon milti-direksyonèl. Estrikti rektan kib yo montre yon pi gwo pwobabilite pou resepsyon enèji nan RFEH anbyen yo.
Yo te fè amelyorasyon nan konsepsyon antèn pou ogmante lajè gwo bout bwa a, ki gen ladan eleman plak parazit oksilyè, pou amelyore WPT nan 2.4 GHz, seri 4 × 1. Yo te pwopoze tou yon antèn may 6 GHz ak plizyè rejyon gwo bout bwa, pou demontre plizyè gwo bout bwa pa pò. Yo te pwopoze rektan sifas milti-pò, milti-reksifikatè ak antèn pou rekòlte enèji ak modèl radyasyon omnidireksyonèl pou RFEH milti-direksyonèl ak milti-polarize. Yo te pwopoze tou milti-reksifikatè ak matris fòmasyon gwo bout bwa ak seri antèn milti-pò pou rekòlte enèji milti-direksyonèl ak gwo gen.
An rezime, byenke antèn ki gen gwo gen yo pi pito pou amelyore puisans ki rekòlte nan dansite RF ki ba, reseptè ki gen gwo direksyon yo ka pa ideyal nan aplikasyon kote direksyon transmetè a enkoni (pa egzanp, RFEH anbyen oswa WPT atravè chanèl pwopagasyon enkoni). Nan travay sa a, plizyè apwòch milti-gwo bout bwa yo pwopoze pou WPT ak RFEH milti-direksyonèl ki gen gwo gen.
2. Polarizasyon Antèn
Polarizasyon antèn dekri mouvman vektè chan elektrik la anrapò ak direksyon pwopagasyon antèn lan. Dezekilib polarizasyon ka lakòz yon rediksyon nan transmisyon/resepsyon ant antèn yo menm lè direksyon lòb prensipal yo aliyen. Pa egzanp, si yo itilize yon antèn LP vètikal pou transmisyon epi yo itilize yon antèn LP orizontal pou resepsyon, yo p ap resevwa okenn kouran. Nan seksyon sa a, yo revize metòd yo rapòte pou maksimize efikasite resepsyon san fil epi evite pèt akòz dezekilib polarizasyon. Yon rezime achitekti rektann ki pwopoze a anrapò ak polarizasyon an bay nan Figi 6 epi yon egzanp SoA bay nan Tablo 4.
Figi 6
Nan kominikasyon selilè, li pa fasil pou reyalize aliyman polarizasyon lineyè ant estasyon baz yo ak telefòn mobil yo, kidonk antèn estasyon baz yo fèt pou yo doub-polarize oswa milti-polarize pou evite pèt akòz move matche polarizasyon. Sepandan, varyasyon polarizasyon ond LP akòz efè milti-chemen yo rete yon pwoblèm ki pa rezoud. Baze sou sipozisyon estasyon baz mobil milti-polarize yo, antèn RFEH selilè yo fèt kòm antèn LP.
Yo sitou itilize antèn CP rektann nan WPT paske yo relativman rezistan a dezakò. Antèn CP yo kapab resevwa radyasyon CP ak menm direksyon wotasyon an (CP goch oswa dwat) anplis tout ond LP san pèt puisans. Nan nenpòt ka, antèn CP a transmèt epi antèn LP a resevwa ak yon pèt 3 dB (50% pèt puisans). Yo rapòte ke rektann CP yo apwopriye pou band endistriyèl, syantifik ak medikal 900 MHz ak 2.4 GHz ak 5.8 GHz osi byen ke ond milimèt. Nan RFEH ond ki polarize abitrèman, divèsite polarizasyon reprezante yon solisyon potansyèl pou pèt dezakò polarizasyon.
Yo pwopoze polarizasyon konplè, ke yo rele tou milti-polarizasyon, pou simonte nèt pèt move matche polarizasyon yo, sa ki pèmèt koleksyon tou de ond CP ak LP yo, kote de eleman LP ortogonal doub-polarize yo efektivman resevwa tout ond LP ak CP yo. Pou ilistre sa, vòltaj nèt vètikal ak orizontal yo (VV ak VH) rete konstan kèlkeswa ang polarizasyon an:
Chan elektrik "E" ond elektwomayetik CP a, kote yo kolekte puisans lan de fwa (yon fwa pa inite), kidonk yo resevwa konpozan CP a nèt epi simonte pèt move matche polarizasyon 3 dB la:
Finalman, atravè konbinezon DC, yo ka resevwa vag ensidan ki gen polarizasyon abitrè. Figi 7 montre jeyometri rektann konplètman polarize a.
Figi 7
An rezime, nan aplikasyon WPT ak ekipman pouvwa dedye, CP pi pito paske li amelyore efikasite WPT kèlkeswa ang polarizasyon antèn lan. Nan lòt men an, nan akizisyon milti-sous, espesyalman nan sous anbyen, antèn konplètman polarize ka reyalize yon pi bon resepsyon jeneral ak maksimòm portabilite; achitekti milti-pò/milti-rektifikatè yo nesesè pou konbine pouvwa konplètman polarize nan RF oswa DC.
Rezime
Atik sa a revize pwogrè ki fèt dènyèman nan konsepsyon antèn pou RFEH ak WPT, epi li pwopoze yon klasifikasyon estanda pou konsepsyon antèn pou RFEH ak WPT ki pa t janm pwopoze nan literati anvan yo. Yo idantifye twa kondisyon debaz pou antèn pou reyalize yon efikasite RF-a-DC ki wo:
1. Pleasant enpedans redresè antèn pou bann RFEH ak WPT ki enterese nou yo;
2. Aliyman lòb prensipal ant transmetè ak reseptè nan WPT ki soti nan yon fil dedye;
3. Korespondans polarizasyon ant rektann lan ak vag ensidan an kèlkeswa ang lan ak pozisyon an.
Baze sou enpedans, yo klase rektann yo an rektann 50Ω ak rektann redresman konjige, ak yon konsantrasyon sou matche enpedans ant diferan bann ak chaj epi efikasite chak metòd matche.
Yo te revize karakteristik radyasyon rektan SoA yo nan pèspektiv direktivite ak polarizasyon. Yo diskite metòd pou amelyore genyen pa fòmasyon gwo bout bwa ak anbalaj pou simonte lajè gwo bout bwa etwat. Finalman, yo revize rektan CP pou WPT, ansanm ak divès aplikasyon pou reyalize yon resepsyon endepandan de polarizasyon pou WPT ak RFEH.
Pou aprann plis bagay sou antèn yo, tanpri vizite:
Dat piblikasyon: 16 Out 2024
