Antenna-Rectifier Co-design
Ny toetra mampiavaka ny rectennas manaraka ny topologie EG ao amin'ny sary 2 dia ny antenne dia mifanandrify mivantana amin'ny rectifier, fa tsy ny fenitra 50Ω, izay mitaky ny fampihenana na fanafoanana ny circuit mifanentana amin'ny herinaratra ny rectifier. Ity fizarana ity dia mandinika ny tombony azo amin'ny SoA rectennas miaraka amin'ny antenna tsy 50Ω sy rectenna tsy misy tambajotra mifanentana.
1. Antenna kely elektrika
LC resonant peratra Antenna dia be mpampiasa amin'ny fampiharana izay ny haben'ny rafitra dia manakiana. Amin'ny fatrany ambanin'ny 1 GHz, ny halavan'ny onjam dia mety hahatonga ny antenne singa mizara manara-penitra hibodo toerana bebe kokoa noho ny haben'ny rafitra, ary ny fampiharana toy ny transceiver mitambatra tanteraka ho an'ny implants vatana dia mahazo tombony manokana amin'ny fampiasana antena kely elektrika ho an'ny WPT.
Ny impedance inductive avo amin'ny antena kely (akaiky ny resonance) dia azo ampiasaina hampifandray mivantana ny rectifier na miaraka amin'ny tamba-jotra mifanentana capacitive on-chip fanampiny. Antenna kely elektrika dia notaterina tao amin'ny WPT miaraka amin'ny LP sy CP ambanin'ny 1 GHz amin'ny fampiasana antenne dipole Huygens, miaraka amin'ny ka = 0,645, raha ny ka = 5,91 amin'ny dipoles mahazatra (ka = 2πr / λ0).
2. Antenna conjugate rectifier
Ny impedance fampidirana mahazatra amin'ny diode dia tena capacitive, noho izany dia ilaina ny antenne inductive mba hahazoana impedance conjugate. Noho ny capacitive impedance ny chip, avo impedance inductive Antenna no be mpampiasa amin'ny RFID tags. Ny antenne dipole dia lasa fironana amin'ny antenna RFID impedance sarotra, mampiseho ny impedance avo (fanoherana sy ny reactance) akaikin'ny matetika resonant.
Antenna dipole inductive dia nampiasaina mba hifanaraka amin'ny capacitance avo lenta amin'ny rectifier amin'ny tarika matetika mahaliana. Ao amin'ny antenne dipole miforitra, ny tsipika fohy roa (dipole folding) dia miasa ho toy ny mpanova impedance, mamela ny famolavolana antena impedance avo be. Raha tsy izany, ny famahanana fitongilanana dia tompon'andraikitra amin'ny fampitomboana ny reactance inductive ary koa ny impedance tena izy. Ny fampifangaroana singa dipole mitongilana maromaro miaraka amin'ny stubs radial bow-tie tsy voalanjalanja dia mamorona antenne impedance avo roa heny. Ny sary 4 dia mampiseho ny sasany voalaza fa rectifier conjugate antena.
Sary 4
Toetran'ny taratra ao amin'ny RFEH sy WPT
Ao amin'ny modely Friis, ny herin'ny PRX azon'ny antenne amin'ny halavirana d avy amin'ny mpandefa dia asa mivantana amin'ny mpandray sy ny tombony azo avy amin'ny transmitter (GRX, GTX).
Miantraika mivantana amin'ny habetsahan'ny hery voaangona avy amin'ny onjan'ny zava-niseho ny fitarihana sy ny polarization lehibe an'ny antenna. Ny toetran'ny taratra antena dia masontsivana manan-danja izay manavaka ny RFEH ambient sy ny WPT (sary 5). Raha amin'ireo fampiharana roa ireo dia mety tsy fantatra ny fitaovana fampielezam-peo ary mila dinihina ny fiantraikan'izany amin'ny onja voaray, dia azo trandrahana ny fahalalana momba ny antenne fampitana. Ny tabilao 3 dia mamaritra ny mari-pamantarana fototra resahina ato amin'ity fizarana ity sy ny fampiharana azy ireo amin'ny RFEH sy WPT.
Sary 5
1. Directivity sy tombony
Amin'ny ankamaroan'ny rindranasa RFEH sy WPT, heverina fa tsy fantatry ny mpanangona ny lalan'ny taratra zava-niseho ary tsy misy lalan'ny tsipika (LoS). Amin'ity asa ity dia nohadihadiana ny famolavolana sy ny fametrahana antenne mba hampitomboana ny hery azo avy amin'ny loharano tsy fantatra, tsy miankina amin'ny fampifanarahana ny lobe lehibe eo amin'ny mpandefa sy ny mpandray.
Ny antenna omnidirectional dia nampiasaina betsaka tamin'ny rectenna RFEH tontolo iainana. Ao amin'ny literatiora, ny PSD dia miovaova arakaraka ny orientation ny antenne. Na izany aza, ny fiovaovan'ny hery dia tsy nohazavaina, noho izany dia tsy azo atao ny mamaritra raha ny fiovaovana dia noho ny taratra taratra ny antenne na noho ny polarization mismatch.
Ho fanampin'ny rindranasa RFEH, ny antenne sy ny arrays toromarika avo lenta dia notaterina ho an'ny microwave WPT mba hanatsarana ny fahombiazan'ny fanangonana ny hakitroky ny herinaratra RF ambany na handresena ny fatiantoka. Yagi-Uda rectenna arrays, bowtie arrays, spiral arrays, Vivaldi arrays mifamatotra mafy, CPW CP arrays, ary patch arrays dia anisan'ny fampiharana rectenna azo scalable izay afaka mampitombo ny hakitroky ny herin'ny tranga eo ambanin'ny faritra iray. Ny fomba hafa hanatsarana ny fahazoana antena dia ny teknolojia substrate integrated waveguide (SIW) amin'ny onjam-peo mikraoba sy milimetatra, manokana amin'ny WPT. Na izany aza, ny rectennas avo lenta dia miavaka amin'ny beamwidths tery, ka mahatonga ny fandraisana onja amin'ny lalana tsy misy dikany. Ny fanadihadiana momba ny isan'ny singa antenne sy ny seranana dia nanatsoaka hevitra fa ny fitarihana ambony kokoa dia tsy mifanaraka amin'ny herin'aratra avo kokoa ao amin'ny RFEH manodidina raha mihevitra ny trangan-javatra tsy misy dikany amin'ny lafiny telo; nohamarinin'ny fandrefesana eny amin'ny tanàn-dehibe izany. Mety ho voafetra amin'ny rindranasa WPT ihany koa ny arrays manana tombony ambony.
Mba hamindrana ny tombotsoan'ny antenna avo lenta amin'ny RFEH tsy ara-dalàna, dia ampiasaina ny vahaolana amin'ny fonosana na fandrafetana mba handresena ny olana mivantana. Ny fehin-tànana antenna roa-patch dia atolotra hanangona angovo avy amin'ny RFEH Wi-Fi manodidina amin'ny lalana roa. Ny antenna RFEH finday ambient dia natao ho boaty 3D ihany koa ary atao pirinty na mifikitra amin'ny sehatra ivelany mba hampihenana ny velaran'ny rafitra ary ahafahana mijinja amin'ny fomba maro. Ny rafitra rectenna cubic dia mampiseho ny mety hisian'ny fandraisana angovo amin'ny RFEH manodidina.
Ny fanatsarana ny famolavolan'ny antenne mba hampitomboana ny beamwidth, anisan'izany ny singa patch parasitika fanampiny, dia natao hanatsarana ny WPT amin'ny 2.4 GHz, 4 × 1 arrays. Antenne mesh 6 GHz miaraka amin'ny faritra beam maro no naroso ihany koa, mampiseho taratra maromaro isaky ny seranana. Natolotra ho an'ny RFEH maro-directional sy multi-polarized RFEH ny multi-port, multi-rectifier surface rectennas ary ny angovo fijinjana amin'ny endrika taratra omnidirectional. Ny multi-rectifiers miaraka amin'ny matrices beamforming sy ny antenne multi-port dia natolotra ihany koa ho an'ny fiotazana angovo azo avy amin'ny sehatra maro.
Raha fintinina, raha antenna avo lenta no tian'ny manatsara ny hery azo avy amin'ny haavo RF ambany, ny mpandray mpitari-dalana dia mety tsy mety amin'ny fampiharana izay tsy fantatra ny tondrozotra (ohatra, RFEH ambient na WPT amin'ny alàlan'ny fantsona fampielezana tsy fantatra). Amin'ity asa ity, fomba fiasa marobe marobe no atolotra ho an'ny WPT sy RFEH avo lenta maromaro.
2. Antenna Polarization
Antenna polarization dia mamaritra ny fihetsiky ny elektrônika saha vector mifandray amin'ny Antenna lalana fampielezana. Ny tsy fitovian'ny polarization dia mety hitarika amin'ny fampihenana ny fifindran'ny / fandraisana eo amin'ny antenne na dia mifanaraka amin'ny toromarika lehibe indrindra aza. Ohatra, raha antenna LP mitsangana no ampiasaina amin'ny fampitana ary antenna LP mitsivalana no ampiasaina amin'ny fandraisana, dia tsy misy herinaratra azo raisina. Ato amin'ity fizarana ity, ny fomba notaterina ho an'ny fampitomboana ny fahombiazan'ny fandraisana an-tariby sy ny fisorohana ny fatiantoka tsy mifanaraka amin'ny polarization dia averina jerena. Ny famintinana ny rafitra rectenna natolotra momba ny polarization dia omena ao amin'ny Figure 6 ary ny ohatra SoA dia omena ao amin'ny tabilao 4.
Sary 6
Amin'ny fifandraisana amin'ny finday, tsy ho tratra ny alignement polarization linear eo amin'ny toby toby sy ny finday, noho izany dia natao ho roa-polarized na multi-polarized ny antenne base station mba hisorohana ny fatiantoka tsy mifanaraka amin'ny polarization. Na izany aza, ny fiovaovan'ny polarization ny onja LP noho ny fiantraikan'ny multipath dia mbola olana tsy voavaha. Miorina amin'ny fiheverana ny tobim-piantsonan'ny finday marobe, ny antenna RFEH finday dia natao ho antenna LP.
Ny CP rectennas dia ampiasaina indrindra amin'ny WPT satria somary mahatohitra ny tsy fitoviana izy ireo. Ny antenne CP dia afaka mandray taratra CP miaraka amin'ny lalana fihodinana mitovy (CP havia na havanana) ankoatra ny onjam-peo LP rehetra tsy misy fatiantoka. Na izany na tsy izany, ny antenne CP dia mamindra ary ny antenne LP dia mandray miaraka amin'ny fahaverezan'ny 3 dB (50% ny fahaverezan'ny herinaratra). Ny CP rectennas dia voalaza fa mety amin'ny 900 MHz sy 2.4 GHz ary 5.8 GHz indostrialy, siantifika ary ara-pitsaboana ary koa ny onjan'ny milimetatra. Ao amin'ny RFEH amin'ny onjam-peo tsy misy dikany, ny fahasamihafan'ny polarization dia maneho vahaolana mety amin'ny fatiantoka tsy mifanaraka amin'ny polarization.
Ny polarization feno, fantatra amin'ny anarana hoe multi-polarization, dia natolotra mba handresena tanteraka ny fatiantoka tsy mifanandrify amin'ny polarization, ahafahan'ny fanangonana ny onja CP sy LP, izay misy singa roa orthogonal orthogonal roa misy polarized roa mandray tsara ny onja LP sy CP rehetra. Mba hanazavana izany, ny voltase mitsangana sy mitsivalana (VV sy VH) dia mijanona tsy miova na inona na inona ny zoro polarization:
CP onja elektrônika elektrônika "E", izay angonina indroa ny hery (indray mandeha isaky ny vondrona), amin'izany dia mandray tanteraka ny singa CP ary mandresy ny fahaverezan'ny polarization 3 dB:
Farany, amin'ny alàlan'ny fampifangaroana DC, azo raisina ny onjam-polarization tsy misy dikany. Ny sary 7 dia mampiseho ny géométrie an'ny rectenna polarized tanteraka voalaza.
Sary 7
Raha fintinina, amin'ny fampiharana WPT miaraka amin'ny famatsiana herinaratra voatokana, ny CP dia aleony satria manatsara ny fahombiazan'ny WPT na inona na inona ny zoro polarization ny antenne. Amin'ny lafiny iray, amin'ny fahazoana loharano maro, indrindra avy amin'ny loharano ambient, ny antenne polarized tanteraka dia afaka mahazo fandraisana tsara kokoa amin'ny ankapobeny sy ny portability ambony indrindra; Ny maritrano multi-port/multi-rectifier dia takiana mba hanambatra ny hery polarized tanteraka amin'ny RF na DC.
FAMINTINANA
Ity taratasy ity dia mandinika ny fandrosoana vao haingana amin'ny famolavolana antenne ho an'ny RFEH sy WPT, ary manolotra fanasokajiana manara-penitra ny famolavolana antena ho an'ny RFEH sy WPT izay tsy naroso tamin'ny literatiora teo aloha. Ny fepetra antenna telo fototra amin'ny fanatrarana ny fahombiazan'ny RF-to-DC avo dia fantatra amin'ny hoe:
1. Antenna rectifier impedance bandwidth ho an'ny RFEH sy WPT tarika mahaliana;
2. Fandrindrana ny lobe lehibe eo amin'ny mpandefa sy ny mpandray ao amin'ny WPT avy amin'ny fahana voatokana;
3. Mampifanaraka ny polarization eo amin'ny rectenna sy ny onjan'ny tranga na inona na inona zoro sy toerana.
Miorina amin'ny impedance, ny rectennas dia sokajiana ho 50Ω sy rectifier conjugate rectennas, miaraka amin'ny fifantohana amin'ny fampifanarahana impedance eo amin'ny tarika sy ny enta-mavesatra ary ny fahombiazan'ny fomba mifanentana tsirairay.
Ny toetran'ny taratra amin'ny SoA rectennas dia nodinihina avy amin'ny fomba fijery mivantana sy polarization. Ny fomba hanatsarana ny tombony amin'ny alalan'ny beamforming sy ny fonosana mba handresena ny beamwidth tery dia resahina. Farany, averina jerena ny rectennas CP ho an'ny WPT, miaraka amin'ny fampiharana isan-karazany mba hahazoana fandraisana tsy miankina amin'ny polarization ho an'ny WPT sy RFEH.
Raha te hahalala bebe kokoa momba ny antenna, tsidiho azafady:
Fotoana fandefasana: Aug-16-2024
