1. Fampidirana
Ny fijinjana angovo (RFEH) sy ny famindrana herinaratra tsy misy tariby (WPT) radio frequency (RF) dia nahasarika ny fahalianana lehibe ho fomba hahazoana tambajotra tsy misy tariby maharitra tsy misy bateria. Rectennas no vato fehizoron'ny rafitra WPT sy RFEH ary misy fiantraikany lehibe amin'ny herin'ny DC alefa amin'ny entana. Ny singa antena ao amin'ny rectenna dia misy fiantraikany mivantana amin'ny fahombiazan'ny fijinjana, izay mety miovaova ny herin'ny fijinjana amin'ny alàlan'ny halehiben'ny halehibeny. Ity taratasy ity dia mamerina mijery ny famolavolana antena ampiasaina amin'ny fampiharana WPT sy RFEH ambient. Ny rectennas notaterina dia sokajiana araka ny fepetra roa lehibe: ny antenne manitsy ny bandwidth impedance ary ny toetran'ny taratra amin'ny antenne. Ho an'ny fepetra tsirairay, ny tarehimarika mendrika (FoM) ho an'ny fampiharana samihafa dia voafaritra sy averina ampitahana.
WPT dia natolotr'i Tesla tamin'ny fiandohan'ny taonjato faha-20 ho fomba iray handefasana hery an'arivony. Ny teny hoe rectenna, izay mamaritra ny antenne iray mifandray amin'ny rectifier mba hijinja ny herin'ny RF, dia nipoitra tamin'ny taona 1950 ho an'ny fampiharana fampitana herinaratra amin'ny habakabaka sy ny drôna tsy miankina. Ny WPT omnidirectional, lavitr'ezaka dia voafehin'ny toetra ara-batana amin'ny fitaovana fampielezam-peo (rivotra). Noho izany, ny WPT ara-barotra dia voafetra indrindra amin'ny famindrana herinaratra tsy misy taratra ho an'ny famandrihana elektronika mpanjifa tsy misy tariby na RFID.
Raha mbola mihena ny fanjifana herinaratra amin'ny fitaovana semiconductor sy ny node sensor tsy misy tariby, dia lasa azo atao kokoa ny mampiasa nodes sensor herinaratra amin'ny alàlan'ny RFEH ambient na mampiasa mpandefa omnidirectional omnidirectional zaraina. Ny rafi-pamokarana herinaratra tsy misy herinaratra faran'izay ambany dia matetika misy fiafaran'ny fahazoana RF, herinaratra DC sy fitantanana fitadidiana, ary microprocessor sy transceiver ambany.
Ny sary 1 dia mampiseho ny maritrano amin'ny node tsy misy tariby RFEH sy ny fampiharana RF front-end mahazatra. Miankina amin'ny fahombiazan'ny singa tsirairay, toy ny antenne, rectifier, ary ny rafi-pitantanana herinaratra ny fahaiza-manaon'ny rafi-pamokarana tsy misy tariby sy ny rafitry ny fampahalalam-baovao tsy misy tariby synchronized sy ny fampitaovana herinaratra. Fanadihadiana literatiora maromaro no natao ho an'ny faritra samihafa amin'ny rafitra. Ny tabilao 1 dia mamintina ny dingan'ny fiovam-pahefana, ny singa fototra amin'ny famadihana herinaratra mahomby, ary ny fanadihadiana momba ny literatiora mifandraika amin'ny ampahany tsirairay. Ny literatiora vao haingana dia mifantoka amin'ny teknolojian'ny fiovan'ny herinaratra, ny topologie rectifier, na ny RFEH mahafantatra ny tambajotra.
Sary 1
Na izany aza, ny famolavolana antena dia tsy heverina ho singa manan-danja ao amin'ny RFEH. Na dia mihevitra aza ny literatiora sasany ny bandwidth antenaina sy ny fahombiazany amin'ny fomba fijery ankapobeny na avy amin'ny fomba fijery manokana momba ny famolavolana antenne, toy ny antenne miniaturized na azo ampiasaina, ny fiantraikan'ny mari-pamantarana antenne sasany amin'ny fandraisana herinaratra sy ny fahombiazan'ny fiovam-po dia tsy voadinika amin'ny antsipiriany.
Ity lahatsoratra ity dia mandinika ny teknikan'ny famolavolana antenna amin'ny rectennas miaraka amin'ny tanjona hanavahana ny fanamby amin'ny famolavolana antena manokana RFEH sy WPT amin'ny famolavolana antenna mahazatra. Ny Antenna dia ampitahaina amin'ny fomba fijery roa: mifanandrify amin'ny impedance amin'ny farany sy ny toetran'ny taratra; Amin'ny tranga tsirairay, ny FoM dia fantatra sy dinihina amin'ny antenne manara-penitra (SoA).
2. Bandwidth sy mifanandrify: Tambajotra RF tsy 50Ω
Ny impedance mampiavaka ny 50Ω dia fandinihana mialoha ny marimaritra iraisana eo amin'ny attenuation sy ny hery amin'ny fampiharana injeniera microwave. Ao amin'ny antenne, ny bandwidth impedance dia faritana ho ny elanelana matetika izay latsaky ny 10% ny hery hita taratra (S11< - 10 dB). Satria ny fanamafisam-peo ambany (LNAs), ny fanamafisam-pahefana, ary ny mpitsikilo dia mazàna novolavolaina miaraka amin'ny lalao impedance fampidirana 50Ω, loharano 50Ω no resahina amin'ny fomba mahazatra.
Ao amin'ny rectenna, ny fivoahan'ny antenna dia alefa mivantana ao amin'ny rectifier, ary ny tsy fitoviana amin'ny diode dia miteraka fiovaovana lehibe amin'ny impedance fampidirana, miaraka amin'ny singa capacitive manjaka. Raha heverina fa antena 50Ω, ny fanamby lehibe dia ny famolavolana tambajotra mifanandrify amin'ny RF fanampiny hanovana ny impedance fampidirana amin'ny impedance ny rectifier amin'ny fatran'ny fahalianana ary manatsara izany ho an'ny haavon'ny herinaratra manokana. Amin'ity tranga ity dia ilaina ny bandwidth impedance end-to-end mba hiantohana ny fiovam-po RF mankany DC. Noho izany, na dia afaka mahatratra ny bandwidth tsy manam-petra na ultra-wide ara-teorika aza ny antenne amin'ny fampiasana singa ara-potoana na géométrie famenon-tena, ny bandwidth an'ny rectenna dia ho voafandrika amin'ny tambajotra mifanandrify amin'ny rectifier.
Topologie rectenna maromaro no naroso mba hahatratrarana ny fijinjana tarika tokana sy maromaro na WPT amin'ny alàlan'ny fanamaivanana ny fisaintsainana sy ny fampitomboana ny famindrana herinaratra eo amin'ny antenne sy ny rectifier. Ny sary 2 dia mampiseho ny firafitry ny topologies rectenna voalaza, voasokajy amin'ny maritrano mifanaraka amin'ny impedance. Ny tabilao 2 dia mampiseho ohatra amin'ny rectennas avo lenta momba ny bandwidth end-to-end (amin'ity tranga ity, FoM) ho an'ny sokajy tsirairay.
Sary 2 Rectenna topologies avy amin'ny fomba fijery ny bandwidth sy ny impedance matching. (a) rectenna tokana miaraka amin'ny antena mahazatra. b) Multiband rectenna (aron'ny antenne maromaro mifamatotra) miaraka amin'ny rectifier iray sy tambajotra mifanandrify isaky ny tarika. (c) Broadband rectenna miaraka amin'ny seranan-tsambo RF marobe ary tambajotra mifanentana misaraka ho an'ny tarika tsirairay. (d) rectenna Broadband miaraka amin'ny antenne broadband sy tambajotra mifanentana amin'ny broadband. (e) rectenna tarika tokana mampiasa antenne kely elektrika mifanandrify mivantana amin'ny rectifier. (f) Antenna tokana, lehibe amin'ny herinaratra miaraka amin'ny impedance sarotra hifandraisana amin'ny rectifier. (g) rectenna Broadband miaraka amin'ny impedance saro-takarina mba hifandraisana amin'ny rectifier amin'ny habe maromaro.
Raha ny WPT sy ny RFEH ambient avy amin'ny fahana voatokana dia fampiharana rectenna samihafa, ny fanatontosana ny fifanandrinana amin'ny farany eo amin'ny antenne, ny rectifier ary ny enta-mavesatra dia tena ilaina mba hahazoana fahombiazana amin'ny fiovam-po mahery vaika (PCE) amin'ny fomba fijery bandwidth. Na izany aza, ny WPT rectennas dia mifantoka bebe kokoa amin'ny fanatrarana ny anton-javatra kalitao avo kokoa (ambany S11) hanatsarana ny PCE tarika tokana amin'ny haavo herinaratra sasany (topologies a, e ary f). Ny bandwidth midadasika amin'ny tarika tokana WPT dia manatsara ny tsy fahampian'ny rafitra amin'ny detuning, ny lesoka amin'ny famokarana ary ny parasitika fonosana. Amin'ny lafiny iray, ny RFEH rectennas dia manao laharam-pahamehana ny fiasan'ny tarika marobe ary an'ny topologies bd sy g, satria ambany kokoa ny hakitroky ny hery spectral (PSD) an'ny tarika tokana.
3. Famolavolana antena mahitsizoro
1. Single-frequency rectenna
Ny famolavolana antena ny rectenna tokana (topology A) dia mifototra indrindra amin'ny famolavolana antena mahazatra, toy ny linear polarization (LP) na circular polarization (CP) radiating patch amin'ny tany, dipole antenna ary inverted F antena. Ny rectenna tarika differential dia mifototra amin'ny laharan-tsarimihetsika DC namboarina miaraka amin'ny singa antenna marobe na fitambarana DC sy RF mifangaro amin'ny singa patch maro.
Satria maro amin'ireo antena natolotra dia antenna tokana tokana ary mahafeno ny fepetra takian'ny WPT tokana tokana, rehefa mitady RFEH marobe amin'ny tontolo iainana, dia atambatra ny antenna tokana tokana ho rectennas maromaro (topology B) miaraka amin'ny fanafoanana ny fifamatorana ary Ny fitambaran'ny DC tsy miankina aorian'ny fizaran'ny fitantanana herinaratra mba hampisaraka azy ireo tanteraka amin'ny fizaran-tany fahazoana sy fiovam-po RF. Mitaky faritra fitantanana herinaratra maromaro ho an'ny tarika tsirairay izany, izay mety hampihena ny fahombiazan'ny mpanova boost satria ambany ny herin'ny DC an'ny tarika tokana.
2. Antenna RFEH multi-band sy broadband
Ny RFEH momba ny tontolo iainana dia matetika mifandray amin'ny fahazoana tarika maromaro; noho izany, teknika isan-karazany no natolotra ho fanatsarana ny bandwidth amin'ny endrika antenne manara-penitra sy ny fomba fanamboarana antenne roa-band na bandy. Ato amin'ity fizarana ity, mandinika ny famolavolana antenne mahazatra ho an'ny RFEHs, ary koa ny antenne multi-band mahazatra izay azo ampiasaina ho rectennas.
Coplanar waveguide (CPW) antenna monopole dia mitana faritra kely kokoa noho ny microstrip patch antenne amin'ny fatra mitovy ary mamokatra onja LP na CP, ary matetika ampiasaina amin'ny rectennas tontolo iainana broadband. Ny fiaramanidina fisaintsainana dia ampiasaina hampitomboana ny fitokana-monina sy hanatsarana ny tombony, ka miteraka lamina taratra mitovy amin'ny antenne patch. Ny antenne coplanar waveguide slotted dia ampiasaina hanatsarana ny bandwidth impedance ho an'ny tarika matetika, toy ny 1.8–2.7 GHz na 1–3 GHz. Antenna slot miaraka sy antenna patch dia matetika ampiasaina amin'ny famolavolana rectenna multi-band. Ny sary 3 dia mampiseho antenne maromaro maromaro voalaza fa mampiasa teknika fanatsarana bandwidth mihoatra ny iray.
Sary 3
Antenna-Rectifier Impedance Matching
Sarotra ny mifanandrify amin'ny antenne 50Ω amin'ny rectifier tsy an-tariby satria miovaova be ny fatran'ny fampidirana azy. Ao amin'ny topologies A sy B (sary 2), ny tambajotra mifanentana mahazatra dia lalao LC mampiasa singa mitambatra; na izany aza, ny bandwidth relatif dia matetika ambany noho ny ankamaroan'ny tarika fifandraisana. Ny fampifandraisana stub tokana dia matetika ampiasaina amin'ny onjam-peo mikraoba sy milimetatra ambanin'ny 6 GHz, ary ny rectennas onja millimeter voalaza dia manana bandwidth tery satria ny bandwidth PCE dia voafandrika amin'ny fanafoanana harmonic output, izay mahatonga azy ireo ho mety indrindra amin'ny tokana- tarika WPT fampiharana amin'ny tarika 24 GHz tsy nahazoana alalana.
Ny rectennas amin'ny topologies C sy D dia manana tambajotra mifanentana kokoa. Tambajotra mifanandrify amin'ny tsipika nozaraina tanteraka no natolotra ho an'ny fampifanarahana amin'ny broadband, miaraka amin'ny RF block/DC short circuit (pass filter) eo amin'ny seranan-tsambo na capacitor manakana DC ho toy ny lalana miverina amin'ny harmonics diode. Ny singa rectifier dia azo soloina amin'ny alàlan'ny capacitors interdigitated printy circuit board (PCB), izay atambatra amin'ny fitaovana automatique ara-barotra elektronika. Tambajotra mifanandrify amin'ny broadband rectenna hafa dia manambatra singa mivondrona mba hifanaraka amin'ny fatra ambany sy singa zaraina mba hamoronana RF fohy amin'ny fidirana.
Ny fanovana ny impedance fampidirana hita amin'ny enta-mavesatra amin'ny alàlan'ny loharano iray (fantatra amin'ny anarana hoe teknikan'ny source-pull) dia nampiasaina hanamboarana rectifier broadband miaraka amin'ny bandwidth 57% (1.25-2.25 GHz) ary PCE 10% ambony kokoa raha oharina amin'ny circuits mitambatra na mizara. . Na dia matetika aza ny tambajotra mifanandrify dia natao hampifanaraka ny antenne amin'ny bandwidth 50Ω manontolo, misy ny tatitra ao amin'ny literatiora izay nampifandraisina tamin'ny rectifiers narrowband ny antenne broadband.
Tambajotra mifanandrify amin'ny singa mifangaro sy mizara singa dia nampiasaina betsaka tamin'ny topologies C sy D, miaraka amin'ireo inductors sy capacitors no singa mitambatra matetika indrindra. Ireo dia misoroka ny rafitra sarotra toy ny kapasitera interdigitated, izay mitaky modely sy fanamboarana marina kokoa noho ny tsipika microstrip mahazatra.
Ny herin'ny fidirana amin'ny rectifier dia misy fiantraikany amin'ny impedance fampidirana noho ny tsy fahatanterahan'ny diode. Noho izany, ny rectenna dia natao hanamafisana ny PCE ho an'ny haavon'ny herin'aratra sy ny enta-mavesatra. Koa satria ny diodes dia impedance avo capacitive voalohany indrindra amin'ny frequences ambanin'ny 3 GHz, ny rectennas broadband izay manafoana ny tambajotra mifanentana na manamaivana ny fizaran-tany mifanentana tsotra dia nifantoka tamin'ny frequencies Prf> 0 dBm ary mihoatra ny 1 GHz, satria ny diodes dia manana impedance capacitive ambany ary mety mifanentana tsara. mankany amin'ny antenne, noho izany dia misoroka ny famolavolana antenne misy reactances fampidirana >1,000Ω.
Adaptive na reconfigurable impedance mifanandrify hita ao amin'ny CMOS rectennas, izay mifanandrify tambajotra misy on-chip capacitor banky sy ny inductors. Ny tambajotra mifanandrify amin'ny CMOS static dia natolotra ihany koa ho an'ny antenne 50Ω mahazatra ary koa ny antena loop namboarina. Voalaza fa ny mpitsikilo herinaratra CMOS passive dia ampiasaina hifehezana ireo switch izay mitarika ny fivoahan'ny antenne amin'ny rectifier samihafa sy ny tambajotra mifanandrify miankina amin'ny hery misy. Tambajotra mifanandrify azo amboarina amin'ny alalan'ny kapasitera mitaingina mivondrona no naroso, izay amboarina amin'ny alàlan'ny fandrefesana ny impedance fidirana amin'ny alàlan'ny mpandinika tambajotra vector. Ao amin'ny tambajotra mifanandrify amin'ny microstrip azo amboarina, ny switch transistor vokatry ny saha dia nampiasaina hanitsiana ireo stubs mifanandrify mba hahatratrarana ny toetran'ny tarika roa.
Raha te hahalala bebe kokoa momba ny antenne dia tsidiho azafady:
Fotoana fandefasana: Aug-09-2024
