1. Fampidirana
Nahasarika fahalianana betsaka ny fanangonana angovo amin'ny onjam-peo (RF) (RFEH) sy ny famindrana herinaratra tsy misy tariby taratra (WPT) ho fomba iray hahazoana tambajotra tsy misy tariby maharitra tsy misy bateria. Ny rectennas no vato fehizoron'ny rafitra WPT sy RFEH ary misy fiantraikany lehibe amin'ny herinaratra DC alefa any amin'ny enta-mavesatra. Ny singa antenne ao amin'ny rectenna dia misy fiantraikany mivantana amin'ny fahombiazan'ny fanangonana, izay mety hanova ny herinaratra voaangona amin'ny ambaratonga maromaro. Ity lahatsoratra ity dia mandinika ny endrika antenne ampiasaina amin'ny fampiharana WPT sy RFEH manodidina. Ireo rectennas voalaza dia sokajiana araka ny fepetra roa lehibe: ny bandwidth impedance fanitsiana antenne sy ny toetran'ny taratra amin'ny antenne. Ho an'ny fepetra tsirairay, ny tarehimarika mendrika (FoM) ho an'ny fampiharana samihafa dia faritana sy averina jerena raha ampitahaina.
Natolotry ny Tesla tany am-piandohan'ny taonjato faha-20 ny WPT ho fomba iray handefasana herinaratra an'arivony. Ny teny hoe rectenna, izay mamaritra ny antenne mifandray amin'ny rectifier mba hanangonana herinaratra RF, dia nipoitra tamin'ny taona 1950 ho an'ny fampiharana fandefasana herinaratra microwave any amin'ny habakabaka sy ny fampandehanana drôna mandeha ho azy. Ny WPT lavitra ezaka sy omnidirectional dia voafetra amin'ny toetra ara-batana amin'ny fitaovana fampielezana (rivotra). Noho izany, ny WPT ara-barotra dia voafetra indrindra amin'ny famindrana herinaratra tsy misy taratra akaiky ho an'ny famandrihana elektronika mpanjifa tsy misy tariby na RFID.
Rehefa mihena hatrany ny fanjifana herinaratra amin'ny fitaovana semiconductor sy ny "nodes" sensor tsy misy tariby, dia lasa azo atao kokoa ny manome herinaratra ny "nodes" sensor amin'ny alàlan'ny RFEH manodidina na mampiasa "transmitter" omnidirectional ambany herinaratra zaraina. Ny rafitra herinaratra tsy misy tariby ambany herinaratra dia mazàna ahitana "front end" fandraisana RF, fitantanana herinaratra sy fahatsiarovana DC, ary microprocessor sy transceiver ambany herinaratra.
Ny Sary 1 dia mampiseho ny maritrano amin'ny node tsy misy tariby RFEH sy ny fampiharana RF front-end matetika voalaza. Ny fahombiazan'ny rafitra herinaratra tsy misy tariby sy ny maritrano amin'ny tambajotra fampahalalana sy famindrana herinaratra tsy misy tariby mirindra dia miankina amin'ny fahombiazan'ny singa tsirairay, toy ny antenne, rectifier, ary circuit fitantanana herinaratra. Maro ny fanadihadiana literatiora natao ho an'ny faritra samihafa amin'ny rafitra. Ny Tabilao 1 dia mamintina ny dingana fiovam-po herinaratra, ireo singa fototra ho an'ny fiovam-po herinaratra mahomby, ary fanadihadiana literatiora mifandraika amin'izany ho an'ny ampahany tsirairay. Ny literatiora vao haingana dia mifantoka amin'ny teknolojia fiovam-po herinaratra, topolojia rectifier, na RFEH mahafantatra tambajotra.
Sary 1
Na izany aza, ny famolavolana antenne dia tsy heverina ho singa tena ilaina amin'ny RFEH. Na dia mandinika ny bandwidth sy ny fahombiazan'ny antenne amin'ny fomba fijery ankapobeny na amin'ny fomba fijery manokana momba ny famolavolana antenne aza ny literatiora sasany, toy ny antenne kely na azo anaovana, dia tsy voadinika amin'ny antsipiriany ny fiantraikan'ny masontsivana antenne sasany amin'ny fandraisana herinaratra sy ny fahombiazan'ny fiovam-po.
Ity lahatsoratra ity dia mandinika ireo teknika famolavolana antenne ao amin'ny rectennas miaraka amin'ny tanjona hanavahana ireo fanamby amin'ny famolavolana antenne RFEH sy WPT amin'ny famolavolana antenne fifandraisana mahazatra. Ampitahaina amin'ny fomba fijery roa ny antenne: ny fampifanarahana ny fanoherana manomboka amin'ny voalohany ka hatramin'ny farany sy ny toetran'ny taratra; amin'ny tranga tsirairay, ny FoM dia fantarina sy jerena ao amin'ny antenne maoderina (SoA).
2. Bandwidth sy ny fampifanarahana: Tambajotra RF tsy 50Ω
Ny fanoherana mampiavaka ny 50Ω dia fiheverana voalohany ny tsy fitoviana eo amin'ny fihenan-kery sy ny hery amin'ny fampiharana injeniera microwave. Ao amin'ny antenne, ny bandwidth impedance dia faritana ho ny elanelam-peo izay latsaky ny 10% ny hery taratra (S11< − 10 dB). Koa satria ny amplifiers low noise (LNAs), ny amplifiers power, ary ny detectors dia mazàna natao miaraka amin'ny impedance input match 50Ω, ny loharano 50Ω no ampiasaina matetika.
Ao amin'ny rectenna, ny vokatra azo avy amin'ny antenne dia ampidirina mivantana ao amin'ny rectifier, ary ny tsy linearité an'ny diode dia miteraka fiovaovana lehibe eo amin'ny impedance fidirana, miaraka amin'ny singa capacitive manjaka. Raha heverina fa antenne 50Ω, ny fanamby lehibe dia ny famolavolana tambajotra RF matching fanampiny mba hanovana ny impedance fidirana ho impedance an'ny rectifier amin'ny matetika mahaliana ary hanatsara izany ho an'ny ambaratonga herinaratra manokana. Amin'ity tranga ity, ilaina ny bandwidth impedance manomboka amin'ny farany ka hatramin'ny farany mba hahazoana antoka fa mahomby ny fiovam-po RF ho DC. Noho izany, na dia afaka mahatratra bandwidth tsy manam-petra na ultra-wide aza ny antenne amin'ny alàlan'ny singa periodic na jeometrika mifameno tena, ny bandwidth an'ny rectenna dia ho voasakan'ny tambajotra matching rectifier.
Maro ireo topolojia rectenna no naroso mba hahazoana ny "single-band harvesting" na WPT amin'ny alàlan'ny fampihenana ny taratra sy ny fampitomboana ny famindrana herinaratra eo amin'ny antenne sy ny rectifier. Ny Sary 2 dia mampiseho ny rafitry ny topolojia rectenna voalaza, sokajiana araka ny maritrano mifanaraka amin'ny impedance. Ny Tabilao 2 dia mampiseho ohatra amin'ny rectenna avo lenta raha oharina amin'ny bandwidth end-to-end (amin'ity tranga ity, FoM) ho an'ny sokajy tsirairay.
Sary 2 Topolojia Rectenna avy amin'ny fomba fijerin'ny bandwidth sy ny impedance matching. (a) Rectenna tarika tokana misy antenne mahazatra. (b) Rectenna tarika maro (voaforon'ny antenne maromaro mifamatotra) misy rectifier iray sy tambajotra mifanaraka isaky ny tarika. (c) Rectenna tarika midadasika misy seranana RF maromaro sy tambajotra mifanaraka misaraka ho an'ny tarika tsirairay. (d) Rectenna tarika midadasika misy antenne tarika midadasika sy tambajotra mifanaraka amin'ny tarika midadasika. (e) Rectenna tarika tokana mampiasa antenne kely elektrika mifanaraka mivantana amin'ny rectifier. (f) Antenne tarika tokana, lehibe elektrika misy impedance sarotra mba hifandraisana amin'ny rectifier. (g) Rectenna tarika midadasika misy impedance sarotra mba hifandraisana amin'ny rectifier amin'ny frequence isan-karazany.
Na dia fampiharana rectenna samihafa aza ny WPT sy ny RFEH ambient avy amin'ny dedicated feed, ny fahazoana ny fampifanarahana end-to-end eo amin'ny antenne, rectifier ary load dia fototra mba hahazoana fahombiazana avo lenta amin'ny fiovam-po amin'ny herinaratra (PCE) avy amin'ny fomba fijery bandwidth. Na izany aza, ny WPT rectennas dia mifantoka kokoa amin'ny fahazoana fampifanarahana anton-javatra avo lenta kokoa (S11 ambany kokoa) mba hanatsarana ny PCE single-band amin'ny ambaratonga herinaratra sasany (topolojia a, e ary f). Ny bandwidth mivelatra amin'ny single-band WPT dia manatsara ny tsy fahatomombanan'ny rafitra amin'ny detuning, lesoka amin'ny famokarana ary ny parasitika amin'ny fonosana. Etsy ankilany, ny RFEH rectennas dia manome laharam-pahamehana ny fiasan'ny multi-band ary an'ny topolojia bd sy g, satria ny hakitroky ny spectral power (PSD) amin'ny single band dia amin'ny ankapobeny ambany kokoa.
3. Endrika antenne mahitsizoro
1. Rectenna matetika tokana
Ny famolavolana antenne amin'ny rectenna misy matetika tokana (topolojia A) dia mifototra indrindra amin'ny famolavolana antenne mahazatra, toy ny polarization linear (LP) na polarization boribory (CP) izay miparitaka amin'ny tany, antenne dipole ary antenne F mivadika. Ny rectenna tarika differential dia mifototra amin'ny fitambaran'ny DC voamboatra miaraka amin'ny singa antenne maromaro na fitambaran'ny DC sy RF mifangaro amin'ny singa patch maromaro.
Koa satria maro amin'ireo antenne naroso no antenne tokana-fréquence ary mahafeno ny fepetra takian'ny WPT tokana-fréquence, rehefa mitady RFEH maro-fréquence amin'ny tontolo iainana, dia ampiarahina ho rectennas maro-band (topolojia B) ny antenne tokana-fréquence maromaro miaraka amin'ny fampihenana ny fifandraisana mifamaly sy ny fampiarahana DC mahaleo tena aorian'ny fizaran-jiro fitantanana ny herinaratra mba hanasarahana tanteraka azy ireo amin'ny fizaran-jiro fahazoana sy fiovam-po RF. Izany dia mitaky fizaran-jiro fitantanana ny herinaratra maromaro ho an'ny tarika tsirairay, izay mety hampihena ny fahombiazan'ny mpanova boost satria ambany ny herin'ny DC amin'ny tarika tokana.
2. Antena RFEH misy tarika maro sy broadband
Matetika ny RFEH ara-tontolo iainana dia mifandray amin'ny fahazoana "multi-band acquisition"; noho izany, teknika isan-karazany no natolotra mba hanatsarana ny bandwidth-n'ny endrika antenne mahazatra sy ny fomba famoronana "dual-band" na "band antenne arrays". Ato amin'ity fizarana ity, dia handinika ny endrika antenne manokana ho an'ny RFEH isika, ary koa ny antenne "multi-band" mahazatra izay mety hampiasaina ho "rectennas".
Ny antenne monopole coplanar waveguide (CPW) dia mibahana toerana kely kokoa noho ny antenne patch microstrip amin'ny frequence mitovy ary mamokatra onja LP na CP, ary matetika ampiasaina amin'ny rectennas broadband environmental. Ny planes reflection dia ampiasaina hampitomboana ny isolation sy hanatsarana ny gain, ka miteraka lamina taratra mitovy amin'ny antenne patch. Ny antenne waveguide coplanar slotted dia ampiasaina hanatsarana ny bandwidth impedance ho an'ny bands frequence maro, toy ny 1.8–2.7 GHz na 1–3 GHz. Ny antenne slot coupled-fed sy ny antenne patch dia matetika ampiasaina amin'ny famolavolana rectenna multi-band. Ny Sary 3 dia mampiseho ny antenne multi-band sasany voalaza fa mampiasa teknika fanatsarana bandwidth mihoatra ny iray.
Sary 3
Fampifanarahana ny fanoherana ny antenne-rectifier
Sarotra ny mampifanaraka ny antenne 50Ω amin'ny rectifier tsy lineary satria miovaova be ny impedance fidirana arakaraka ny matetika. Ao amin'ny topolojia A sy B (Sary 2), ny tambajotra matching mahazatra dia match LC mampiasa singa lumped; na izany aza, ny bandwidth relative dia mazàna ambany noho ny ankamaroan'ny tarika fifandraisana. Ny matching stub band tokana dia matetika ampiasaina amin'ny tarika microwave sy millimeter-wave ambanin'ny 6 GHz, ary ny rectennas millimeter-wave voalaza dia manana bandwidth tery satria ny bandwidth PCE-ny dia voasakan'ny fampihenana harmonic output, izay mahatonga azy ireo ho mety indrindra amin'ny fampiharana WPT band tokana amin'ny tarika 24 GHz tsy misy lisansa.
Ireo rectennas ao amin'ny topolojia C sy D dia manana tambajotra fampifanarahana sarotra kokoa. Naroso ho an'ny fampifanarahana broadband ny tambajotra fampifanarahana tsipika mizara tanteraka, miaraka amin'ny RF block/DC short circuit (pass filter) eo amin'ny seranana fivoahana na capacitor DC blocking ho toy ny lalana miverina ho an'ny harmonics diode. Azo soloina amin'ny capacitor interdigitated board circuit printed (PCB) ireo singa rectifier, izay amboarina amin'ny alàlan'ny fitaovana automation famolavolana elektronika ara-barotra. Ny tambajotra fampifanarahana rectenna broadband hafa voalaza dia mampifangaro singa mitambatra mba hampifanarahana amin'ny matetika ambany kokoa sy singa mizara mba hamoronana RF short eo amin'ny fidirana.
Ny fanovana ny impedance fidirana hita amin'ny alalan'ny enta-mavesatra amin'ny alalan'ny loharano (fantatra amin'ny hoe teknika source-pull) dia nampiasaina hamolavolana rectifier broadband miaraka amin'ny bandwidth 57% (1.25–2.25 GHz) ary PCE 10% ambony kokoa raha oharina amin'ny circuits lumped na distributed. Na dia natao hampifanarahana ny antenne amin'ny bandwidth 50Ω manontolo aza ny tambajotra mifanandrify, dia misy tatitra ao amin'ny literatiora izay nampifandraisina tamin'ny rectifiers narrowband ny antenne broadband.
Nampiasaina betsaka tamin'ny topolojia C sy D ny tambajotra fampifanarahana singa mifangaro sy singa mizara, ary ny inductor sy capacitor andiany no singa mifangaro ampiasaina matetika indrindra. Ireo dia misoroka ny rafitra sarotra toy ny capacitor interdigitated, izay mitaky modely sy fanamboarana marina kokoa noho ny tsipika microstrip mahazatra.
Ny hery miditra ao amin'ny rectifier dia misy fiantraikany amin'ny impedance fidirana noho ny tsy linearité an'ny diode. Noho izany, ny rectenna dia natao hampitombo ny PCE ho an'ny haavon'ny hery miditra sy ny impedance enta-mavesatra manokana. Koa satria ny diode dia impedance avo lenta amin'ny capacitive amin'ny frequence latsaky ny 3 GHz, ny rectenna broadband izay manafoana ny tambajotra mifanandrify na mampihena ny circuits mifanandrify tsotra dia nifantoka tamin'ny frequence Prf>0 dBm ary mihoatra ny 1 GHz, satria ny diode dia manana impedance capacitive ambany ary azo ampifanarahana tsara amin'ny antenne, ka misoroka ny famolavolana antenne misy reactances fidirana >1,000Ω.
Hita tao amin'ny CMOS rectennas ny fampifanarahana impedance azo amboarina na azo amboarina, izay ahitana banky capacitor sy inductors ao anaty puce ny tambajotra fampifanarahana. Natolotra ihany koa ny tambajotra fampifanarahana CMOS static ho an'ny antenne 50Ω mahazatra ary koa ny antenne loop noforonina miaraka. Voalaza fa ampiasaina hifehezana ny switch izay mitarika ny output an'ny antenne mankany amin'ny rectifiers samihafa sy tambajotra fampifanarahana arakaraka ny herinaratra misy ny fitaovana detecteur CMOS passive. Natolotra ny tambajotra fampifanarahana azo amboarina mampiasa capacitors azo amboarina, izay amboarina amin'ny alàlan'ny fanitsiana tsara sady mandrefy ny impedance fidirana amin'ny alàlan'ny vector network analyzer. Ao amin'ny tambajotra fampifanarahana microstrip azo amboarina, ny switch transistor field effect dia nampiasaina hanitsiana ny stubs fampifanarahana mba hahazoana toetra dual-band.
Raha te hahafantatra bebe kokoa momba ny antenne ianao dia tsidiho:
Fotoana fandefasana: 09 Aogositra 2024
