1.Ìfihàn
Ìkórè agbára rédíò (RF) (RFEH) àti ìyípadà agbára aláìlókùn radiative (WPT) ti fa ìfẹ́ gidigidi gẹ́gẹ́ bí ọ̀nà láti ṣàṣeyọrí àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì aláìlókùn tí kò ní bátìrì. Àwọn Rectenna ni ìpìlẹ̀ àwọn ètò WPT àti RFEH wọ́n sì ní ipa pàtàkì lórí agbára DC tí a fi sí ẹrù náà. Àwọn èròjà eriali ti rectenna ní ipa taara lórí ìṣe ìkórè, èyí tí ó lè yí agbára ìkórè padà nípasẹ̀ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele. Ìwé yìí ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn àwòrán eriali tí a lò nínú àwọn ohun èlò WPT àti àyíká RFEH. Àwọn rectenna tí a ròyìn ni a pín sí oríṣiríṣi gẹ́gẹ́ bí àwọn ìlànà pàtàkì méjì: ìpele impedance antenna tí ń tún un ṣe àti àwọn ànímọ́ ìtànṣán ti antenna. Fún ìlànà kọ̀ọ̀kan, a pinnu àti ṣe àtúnyẹ̀wò iye àǹfààní (FoM) fún àwọn ohun èlò onírúurú.
Tesla dámọ̀ràn WPT ní ìbẹ̀rẹ̀ ọ̀rúndún ogún gẹ́gẹ́ bí ọ̀nà láti gbé ẹgbẹẹgbẹ̀rún agbára ẹṣin jáde. Ọ̀rọ̀ náà rectenna, èyí tí ó ṣàpèjúwe eriali tí a so mọ́ àtúnṣe láti kó agbára RF jọ, farahàn ní àwọn ọdún 1950 fún àwọn ohun èlò ìgbékalẹ̀ agbára máìkrówéfù àti láti fún àwọn drone aládàáni lágbára. Àwọn ohun ìní ara ti ohun èlò ìgbékalẹ̀ (afẹ́fẹ́) ni a fipá mú kí WPT tí ó ń yípo ní gbogbogbòò jẹ́ ààlà. Nítorí náà, WPT ti ìṣòwò jẹ́ ààlà sí ìgbékalẹ̀ agbára tí kò ní ìtànṣán tí ó súnmọ́ pápá fún gbígbà agbára ẹ̀rọ itanna aláìlókùn tàbí RFID.
Bí agbára àwọn ẹ̀rọ semikondokito àti àwọn nódù sensọ alailowaya ṣe ń dínkù sí i, ó túbọ̀ ṣeé ṣe láti fún àwọn nódù sensọ lágbára nípa lílo RFEH ambient tàbí lílo àwọn transmitter alágbékalẹ̀ agbára kékeré tí a pín káàkiri. Àwọn ẹ̀rọ agbára aláìlókun alágbára púpọ̀ sábà máa ń ní RF acquisition front end, DC power and memory management, àti microprocessor àti transceiver tí agbára kékeré kò ní.
Àwòrán 1 fi ìṣètò ti nọ́ńbà aláilọ́wọ́ RFEH hàn àti àwọn ìmúṣẹ RF iwájú-òpin tí a sábà máa ń ròyìn. Ìṣiṣẹ́ dé òpin-òpin ti ètò agbára aláìlọ́wọ́ àti ìṣètò ti ìwífún aláìlọ́wọ́ tí a ṣẹ̀dá àti nẹ́tíwọ́ọ̀kì gbigbe agbára da lórí iṣẹ́ àwọn ẹ̀yà ara kọ̀ọ̀kan, bí àwọn eriali, àwọn atúntò, àti àwọn àyíká ìṣàkóso agbára. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìwádìí ìwé ni a ti ṣe fún àwọn apá ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ ti ètò náà. Táblì 1 ṣàkópọ̀ ìpele ìyípadà agbára, àwọn ẹ̀yà pàtàkì fún ìyípadà agbára tí ó munadoko, àti àwọn ìwádìí ìwé tí ó jọmọ fún apá kọ̀ọ̀kan. Àwọn ìwé tuntun dojúkọ ìmọ̀ ẹ̀rọ ìyípadà agbára, àwọn ẹ̀ka atúntò, tàbí RFEH tí ó mọ̀ nípa nẹ́tíwọ́ọ̀kì.
Àwòrán 1
Sibẹsibẹ, a ko ka apẹrẹ eriali si apakan pataki ninu RFEH. Biotilejepe diẹ ninu awọn iwe-kikọ ṣe akiyesi bandwidth eriali ati ṣiṣe daradara lati oju-iwoye gbogbogbo tabi lati oju-iwoye apẹrẹ eriali kan pato, gẹgẹbi awọn eriali kekere tabi ti a le wọ, ipa ti awọn paramita eriali kan lori gbigba agbara ati ṣiṣe iyipada ni a ko ṣe itupalẹ ni kikun.
Ìwé yìí ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn ọ̀nà ìṣètò antenna nínú rectenna pẹ̀lú ète láti ṣe ìyàtọ̀ láàárín àwọn ìpèníjà ìṣètò antenna pàtó RFEH àti WPT láti inú àpẹẹrẹ antenna ìbánisọ̀rọ̀ déédéé. A fi àwọn antenna wéra láti ojú ìwòye méjì: ìbáramu impedance dé òpin àti àwọn ànímọ́ ìtànṣán; nínú ọ̀ràn kọ̀ọ̀kan, a dá FoM mọ̀ àti ṣe àtúnyẹ̀wò nínú àwọn antenna onípele-òní (SoA).
2. Ìwọ̀n Ìwọ̀n àti Ìbámupọ̀: Àwọn Nẹ́tíwọ́ọ̀kì RF tí kìí ṣe 50Ω
Àmì ìdánimọ̀ 50Ω jẹ́ àgbéyẹ̀wò àkọ́kọ́ nípa ìbáṣepọ̀ láàárín ìdínkù àti agbára nínú àwọn ohun èlò ìmọ̀ ẹ̀rọ máíkrówéfù. Nínú àwọn antenna, a túmọ̀ ìpele ìdènà sí ìwọ̀n ìgbà tí agbára tí a fihàn kò tó 10% (S11< − 10 dB). Níwọ́n ìgbà tí a sábà máa ń ṣe àwọn amplifier ariwo kékeré (LNAs), àwọn amplifier power, àti àwọn detector pẹ̀lú ìbáramu 50Ω input impedance, a máa ń tọ́ka sí orísun 50Ω gẹ́gẹ́ bí àṣà.
Nínú rectenna, ìjáde eriali náà ni a fi sínú rectifier tààrà, àìsí ìlà ti diode náà sì fa ìyàtọ̀ ńlá nínú input impedance, pẹ̀lú capacitive component tó ń ṣàkóso. Tí a bá gbà pé eriali 50Ω ni, ìpèníjà pàtàkì ni láti ṣe àgbékalẹ̀ nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu RF mìíràn láti yí input impedance padà sí impedance ti rectifier ní ìgbagbogbo tí ó bá wù ú kí ó sì mú un sunwọ̀n síi fún ipele agbára pàtó kan. Nínú ọ̀ràn yìí, a nílò ìpele impedance impedance láti rí i dájú pé ìyípadà RF sí DC tó munadoko. Nítorí náà, bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn eriali lè ṣe àṣeyọrí bandwidth àìlópin tàbí ultra-wide nípa lílo àwọn eroja onígbà díẹ̀ tàbí geometry aláfikún ara ẹni, bandwidth ti rectenna yóò di ìdènà nípasẹ̀ nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu rectenna.
A ti dámọ̀ràn ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ibi tí a ti ń lo rectenna láti ṣe àṣeyọrí ìkórè ìpele kan ṣoṣo àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ ibi tí a ti ń lo rectenna tàbí WPT nípa dídín àwọn àtúnṣe kù àti mímú kí agbára pọ̀ sí i láàrín antenna àti rectifier. Àwòrán 2 fi àwọn ètò ti àwọn ibi tí a ti ròyìn rectenna hàn, tí a pín sí ìsọ̀rí nípa ètò ìbáramu impedance wọn. Táblì 2 fi àpẹẹrẹ àwọn ibi tí a ti ń lo rectennas tí ó ní agbára gíga hàn ní ìbámu pẹ̀lú ìpele ìpẹ̀kun-sí-opin (nínú ọ̀ràn yìí, FoM) fún ẹ̀ka kọ̀ọ̀kan.
Àwòrán 2 Àwọn ẹ̀rọ ìṣètò rékténà láti ojú ìwòye ìpele ...
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé WPT àti RFEH ambient láti inú ìfúnni tí a yà sọ́tọ̀ jẹ́ àwọn ohun èlò rectenna tó yàtọ̀ síra, ṣíṣe àtúnṣe dé òpin láàárín eriali, rectifier àti load jẹ́ pàtàkì láti ṣe àṣeyọrí ìyípadà agbára gíga (PCE) láti ojú ìwòye bandwidth. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn rectenna WPT dojúkọ síwájú síi lórí ṣíṣe àtúnṣe factor tó ga jùlọ (S11 tó kéré síi) láti mú PCE onípele kan sunwọ̀n síi ní àwọn ipele agbára kan (topologies a, e àti f). Ìwọ̀n ìpele tí ó gbòòrò ti WPT onípele kan mú kí ààbò ètò náà pọ̀ sí i sí ìtúpalẹ̀, ṣíṣe àbùkù iṣẹ́ àti àwọn parasites tí a fi ń kó nǹkan jọ. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, àwọn rectenna RFEH ṣe pàtàkì fún iṣẹ́ multi-band ó sì jẹ́ ti topologies bd àti g, nítorí pé agbára spectral density (PSD) ti onípele kan dínkù ní gbogbogbòò.
3. Apẹrẹ eriali onigun mẹrin
1. Àwòrán onígbà kan ṣoṣo
Apẹẹrẹ eriali ti rectenna igbohunsafẹfẹ kanṣoṣo (topology A) da lori apẹrẹ eriali boṣewa, gẹgẹbi linear polarization (LP) tabi circular polarization (CP) radiating patch lori ilẹ plane, dipole eriali ati inverted F eriali. Differential band rectenna da lori DC apapo array ti a ṣeto pẹlu ọpọlọpọ awọn ẹya eriali tabi adalu DC ati RF apapo ti ọpọlọpọ awọn ẹya patch.
Nítorí pé ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn eriali tí a dábàá jẹ́ àwọn eriali ìgbohùn-àyíká kan ṣoṣo tí wọ́n sì bá àwọn ohun tí WPT ìgbohùn-àyíká kan nílò mu, nígbà tí a bá ń wá RFEH onígbohùn-àyíká púpọ̀, a máa ń so ọ̀pọ̀lọpọ̀ eriali ìgbohùn-àyíká pọ̀ mọ́ àwọn rectenna onígbohùn-àyíká púpọ̀ (topology B) pẹ̀lú ìdènà ìsopọ̀pọ̀ ara-ẹni àti àpapọ̀ DC olómìnira lẹ́yìn Circuit ìṣàkóso agbára láti ya wọ́n sọ́tọ̀ pátápátá kúrò nínú Circuit gbígbà àti ìyípadà RF. Èyí nílò àwọn Circuit ìṣàkóso agbára púpọ̀ fún band kọ̀ọ̀kan, èyí tí ó lè dín agbára ìyípadà boost kù nítorí pé agbára DC ti band kan kéré.
2. Àwọn eriali RFEH oní-ìbádọ́gba àti oní-ìbádọ́gba
A sábà máa ń so RFEH àyíká pọ̀ mọ́ ríra ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele; nítorí náà, a ti dámọ̀ràn onírúurú ọ̀nà láti mú kí ìwọ̀n ìpele àwọn àpẹẹrẹ ìpele àti ọ̀nà láti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ìpele ìpele méjì tàbí ìpele ...
Àwọn antenna monopole Coplanar waveguide (CPW) ní agbègbè tí ó kéré sí ju àwọn antenna patch microstrip lọ ní ìgbóná kan náà, wọ́n sì ń ṣe àwọn ìgbì LP tàbí CP, a sì sábà máa ń lò wọ́n fún àwọn rectenna àyíká broadband. A ń lo àwọn ètò ìṣàfihàn láti mú ìyàsọ́tọ̀ pọ̀ sí i àti láti mú kí èrè pọ̀ sí i, èyí tí ó ń yọrí sí àwọn àpẹẹrẹ ìtànṣán tí ó jọ àwọn antenna patch. A ń lo àwọn antenna waveguide coplanar tí a fi slotted ṣe láti mú kí àwọn bandwidth impedance pọ̀ sí i fún ọ̀pọ̀lọpọ̀ band igbohunsafẹfẹ, bíi 1.8–2.7 GHz tàbí 1–3 GHz. Àwọn antenna slot tí a fi connected-fed àti patch antenna ni a tún sábà máa ń lò nínú àwọn àpẹẹrẹ rectenna multi-band. Àwòrán 3 fi àwọn antenna multi-band tí a ròyìn tí wọ́n ń lo ọ̀nà ìdàgbàsókè bandwid ju ẹyọ kan lọ hàn.
Àwòrán 3
Àjọṣepọ̀ Impedance Antenna-Rectifier
Fífi eriali 50Ω wé atúnṣe tí kì í ṣe linear jẹ́ ìpèníjà nítorí pé ìdènà ìtẹ̀síwájú rẹ̀ yàtọ̀ síra pẹ̀lú ìgbọ̀wọ́. Nínú àwọn ẹ̀ka A àti B (Àwòrán 2), nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu tí ó wọ́pọ̀ jẹ́ ìbáramu LC nípa lílo àwọn èròjà tí a ti lùpọ̀; síbẹ̀síbẹ̀, ìbáramu ìbáramu sábà máa ń kéré ju ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹ̀ka ìbánisọ̀rọ̀ lọ. A sábà máa ń lo ìbáramu stub oní-ẹyọkan nínú àwọn ẹ̀ka máìkrówéfù àti àwọn ẹ̀ka ìgbì millimeter tí ó wà ní ìsàlẹ̀ 6 GHz, àti àwọn ẹ̀ka millimeter-wave tí a ròyìn ní bandiwidi tí ó dín nítorí pé bandiwidi PCE wọn ní ìdènà ìjáde harmonic, èyí tí ó mú kí wọ́n dára fún àwọn ohun èlò WPT oní-ẹyọkan nínú bandi tí kò ní ìwé-àṣẹ 24 GHz.
Àwọn rectenna nínú àwọn ẹ̀rọ C àti D ní àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu tó díjú jù. Àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu ìlà tí a pín káàkiri ni a ti dámọ̀ràn fún ìbáramu ìbáramu ìbáramu ìbáramu ìbáramu, pẹ̀lú RF block/DC short circuit (pass filter) ní ibudo àbájáde tàbí DC block capacitor gẹ́gẹ́ bí ipa ọ̀nà àtúnpadà fún diode harmonics. A le fi àwọn capacitors interdigited board circuit board (PCB) rọ́pò àwọn èròjà rectifier, èyí tí a ṣe àgbékalẹ̀ nípa lílo àwọn irinṣẹ́ ìdánilẹ́kọ̀ọ́ ẹ̀rọ itanna oníṣòwò. Àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu ...
A ti lo yíyípadà ìdènà ìfàsẹ́yìn tí ẹrù náà ń rí nípasẹ̀ orísun kan (tí a mọ̀ sí ọ̀nà ìfàsẹ́yìn orísun) láti ṣe àgbékalẹ̀ àtúnṣe broadband pẹ̀lú bandwidth ìbáramu 57% (1.25–2.25 GHz) àti PCE 10% tí ó ga ju àwọn iyika tí a ti pín tàbí tí a ti pín kiri lọ. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé a sábà máa ń ṣe àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu láti bá àwọn eriali mu lórí gbogbo bandwidth 50Ω, àwọn ìròyìn wà nínú ìwé pé a ti so àwọn eriali broadband pọ̀ mọ́ àwọn rectifiers tí ó ní ìlà.
Àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu ohun èlò ìdàpọ̀ àti àwọn ẹ̀rọ tí a pín kiri ni a ti lò ní gbogbogbòò nínú àwọn ẹ̀rọ C àti D, pẹ̀lú àwọn inductor àti capacitors tí a sábà máa ń lò jùlọ. Àwọn wọ̀nyí yẹra fún àwọn ẹ̀rọ ìdàpọ̀ bíi àwọn capacitors tí a ti pín kiri, tí ó nílò àpẹẹrẹ àti ìṣẹ̀dá tí ó péye ju àwọn ìlà microstrip déédéé lọ.
Agbára ìtẹ̀síwájú sí àtúnṣe náà ní ipa lórí ìdènà ìtẹ̀síwájú nítorí àìsí ìlà ti diode náà. Nítorí náà, a ṣe àgbékalẹ̀ rectina láti mú PCE pọ̀ sí i fún ipele agbára ìtẹ̀síwájú pàtó àti ìdènà ìfúnpọ̀. Níwọ́n ìgbà tí àwọn diode jẹ́ ìdènà gíga capacitive ní àwọn ìgbì tí ó wà ní ìsàlẹ̀ 3 GHz, àwọn rectina broadband tí ó ń mú àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu kúrò tàbí dín àwọn iyika ìbáramu tí ó rọrùn kù ti dojúkọ àwọn ìgbì tí ó wà ní Prf>0 dBm àti ju 1 GHz lọ, nítorí pé àwọn diode náà ní ìdènà capacitive kékeré àti pé a lè bá eriali náà mu dáadáa, nípa bẹ́ẹ̀, wọ́n yẹra fún ṣíṣe àgbékalẹ̀ àwọn eriali pẹ̀lú àwọn ìfàsíwájú ìtẹ̀síwájú >1,000Ω.
A ti rí ìbáramu impedance adaptive tàbí reconfigurable nínú CMOS rectennas, níbi tí nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu náà ní àwọn ẹ̀rọ ìbáramu on-chip capacitor bank àti inductors. A ti dámọ̀ràn àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu CMOS fún àwọn antennà 50Ω déédéé àti àwọn antennà loop tí a ṣe àgbékalẹ̀ wọn. A ti ròyìn pé àwọn ohun èlò ìwádìí CMOS tí kò ṣeé lò ni a ń lò láti ṣàkóso àwọn yíyí tí ó ń darí ìjáde antennà náà sí àwọn rectifiers àti àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu tí ó yàtọ̀ síra ní ìbámu pẹ̀lú agbára tí ó wà. A ti dámọ̀ràn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu tí a túnṣe nípa lílo àwọn capacitors tí a lè túnṣe, èyí tí a ń ṣe àtúnṣe nípa ṣíṣe àtúnṣe dáradára nígbà tí a ń wọn impedance input nípa lílo atupalẹ̀ nẹ́tíwọ́ọ̀kì vector kan. Nínú àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu microstrip tí a lè túnṣe, a ti lo àwọn yíyí transistor effect field effect láti ṣàtúnṣe àwọn ìṣù ìbáramu láti ṣàṣeyọrí àwọn ànímọ́ ìpele méjì.
Láti mọ̀ sí i nípa àwọn eriali, jọ̀wọ́ ṣèbẹ̀wò sí:
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹjọ-09-2024
