1.Ifihan
Igbohunsafẹfẹ redio (RF) ikore agbara (RFEH) ati gbigbe agbara alailowaya radiative (WPT) ti ṣe ifamọra iwulo nla bi awọn ọna lati ṣaṣeyọri awọn nẹtiwọọki alailowaya alagbero laisi batiri. Rectennas jẹ igun-ile ti awọn ọna ṣiṣe WPT ati RFEH ati pe o ni ipa pataki lori agbara DC ti a firanṣẹ si fifuye naa. Awọn eroja eriali ti rectenna taara ni ipa lori ṣiṣe ikore, eyiti o le yatọ si agbara ikore nipasẹ awọn aṣẹ titobi pupọ. Iwe yii ṣe atunwo awọn apẹrẹ eriali ti o ṣiṣẹ ni WPT ati awọn ohun elo RFEH ibaramu. Awọn rectennas ti o royin jẹ ipin ni ibamu si awọn ibeere akọkọ meji: eriali ti n ṣatunṣe bandiwidi impedance ati awọn abuda itankalẹ ti eriali naa. Fun ami iyasọtọ kọọkan, eeya ti iteriba (FoM) fun awọn ohun elo oriṣiriṣi jẹ ipinnu ati atunyẹwo ni afiwe.
WPT ti dabaa nipasẹ Tesla ni ibẹrẹ 20th orundun bi ọna kan lati atagba egbegberun horsepower. Oro naa rectenna, eyiti o ṣe apejuwe eriali ti o sopọ si oluṣeto lati ikore agbara RF, farahan ni awọn ọdun 1950 fun awọn ohun elo gbigbe agbara makirowefu aaye ati lati fi agbara awọn drones adase. Omnidirectional, WPT ti o gun-gun ni ihamọ nipasẹ awọn ohun-ini ti ara ti alabọde itankale (afẹfẹ). Nitorinaa, WPT ti iṣowo jẹ opin ni pataki si aaye isunmọ gbigbe agbara ti kii ṣe ipanilara fun gbigba agbara ẹrọ itanna olumulo alailowaya tabi RFID.
Bi agbara agbara ti awọn ẹrọ semikondokito ati awọn apa sensọ alailowaya tẹsiwaju lati dinku, o di iṣeeṣe diẹ sii si awọn apa sensọ agbara nipa lilo RFEH ibaramu tabi lilo awọn atagba agbara-kekere ti o pin kaakiri. Awọn ọna agbara alailowaya Ultra-kekere nigbagbogbo ni opin imudani RF kan, agbara DC ati iṣakoso iranti, ati microprocessor agbara kekere ati transceiver.
Nọmba 1 ṣe afihan faaji ti oju-ọna alailowaya RFEH ati awọn imuse iwaju-ipin RF ti o wọpọ. Ipari-si-opin ṣiṣe ti eto agbara alailowaya ati faaji ti alaye alailowaya amuṣiṣẹpọ ati nẹtiwọọki gbigbe agbara da lori iṣẹ ti awọn paati kọọkan, gẹgẹbi awọn eriali, awọn atunṣe, ati awọn iyika iṣakoso agbara. Ọpọlọpọ awọn iwadi iwe-iwe ni a ti ṣe fun awọn ẹya oriṣiriṣi ti eto naa. Tabili 1 ṣe akopọ ipele iyipada agbara, awọn paati bọtini fun iyipada agbara ti o munadoko, ati awọn iwadi iwe-kikọ ti o jọmọ fun apakan kọọkan. Awọn iwe aipẹ ṣe idojukọ lori imọ-ẹrọ iyipada agbara, awọn topologies atunṣe, tabi RFEH ti o mọ nẹtiwọọki.
Olusin 1
Sibẹsibẹ, apẹrẹ eriali ko ṣe akiyesi bi paati pataki ni RFEH. Botilẹjẹpe diẹ ninu awọn iwe ka bandiwidi eriali ati ṣiṣe lati oju-iwoye gbogbogbo tabi lati irisi apẹrẹ eriali kan pato, gẹgẹ bi awọn eriali kekere tabi wọ, ipa ti awọn aye eriali kan lori gbigba agbara ati ṣiṣe iyipada ko ṣe itupalẹ ni awọn alaye.
Iwe yii ṣe atunwo awọn imuposi apẹrẹ eriali ni rectennas pẹlu ibi-afẹde ti iyatọ RFEH ati awọn italaya apẹrẹ eriali pato WPT lati apẹrẹ eriali ibaraẹnisọrọ boṣewa. A ṣe afiwe awọn eriali lati awọn oju-ọna meji: ibaamu ikọlu opin-si-opin ati awọn abuda itankalẹ; ninu ọran kọọkan, FoM jẹ idanimọ ati atunyẹwo ni awọn eriali ti ipo-ti-aworan (SoA).
2. Bandiwidi ati Ibamu: Awọn Nẹtiwọọki RF ti kii-50Ω
Imudani ihuwasi ti 50Ω jẹ akiyesi kutukutu ti adehun laarin attenuation ati agbara ni awọn ohun elo imọ-ẹrọ makirowefu. Ninu awọn eriali, bandiwidi impedance ti wa ni asọye bi iwọn igbohunsafẹfẹ nibiti agbara afihan kere ju 10% (S11<- 10 dB). Niwọn igba ti awọn ampilifaya ariwo kekere (LNAs), awọn ampilifaya agbara, ati awọn aṣawari jẹ apẹrẹ ni igbagbogbo pẹlu ibaamu impedance input 50Ω, orisun 50Ω jẹ itọkasi ni aṣa.
Ni a rectenna, awọn ti o wu eriali ti wa ni taara je sinu rectifier, ati awọn nononlinearity ti awọn ẹrọ ẹlẹnu meji fa kan ti o tobi iyatọ ninu awọn input ikọjujasi, pẹlu awọn capacitive paati gaba lori. Ti a ro pe eriali 50Ω kan, ipenija akọkọ ni lati ṣe apẹrẹ nẹtiwọọki ibaramu RF afikun lati yi impedance input pada si impedance ti oluṣeto ni igbohunsafẹfẹ anfani ati mu ki o mu ki ipele agbara kan pato. Ni idi eyi, opin-si-opin impedance bandiwidi nilo lati rii daju RF daradara si iyipada DC. Nitorinaa, botilẹjẹpe awọn eriali le ṣaṣeyọri ailopin imọ-jinlẹ tabi bandiwidi jakejado jakejado nipa lilo awọn eroja igbakọọkan tabi geometry ti ara ẹni, bandiwidi ti rectenna yoo jẹ igo nipasẹ nẹtiwọọki ibaramu atunṣe.
Orisirisi awọn topologies rectenna ni a ti dabaa lati ṣaṣeyọri ẹgbẹ-ẹyọkan ati ikore ẹgbẹ-pupọ tabi WPT nipa didinkuro awọn iweyinpada ati mimu gbigbe agbara pọ si laarin eriali ati oluṣeto. Nọmba 2 ṣe afihan awọn ẹya ti awọn topologies rectenna ti a royin, ti isori nipasẹ faaji ibaamu impedance wọn. Tabili 2 fihan awọn apẹẹrẹ ti awọn rectennas ti o ga julọ pẹlu ọwọ si opin-si-opin bandiwidi (ni idi eyi, FoM) fun ẹka kọọkan.
olusin 2 Rectenna topologies lati irisi ti bandiwidi ati ikọjujasi ibaamu. (a) Nikan-iye rectenna pẹlu boṣewa eriali. (b) Multiband rectenna (kq ti ọpọ tosi pelu eriali) pẹlu ọkan rectifier ati tuntun nẹtiwọki fun iye. (c) Broadband rectenna pẹlu ọpọlọpọ awọn ebute oko oju omi RF ati awọn nẹtiwọọki ibaramu lọtọ fun ẹgbẹ kọọkan. (d) Broadband rectenna pẹlu eriali àsopọmọBurọọdubandi ati àsopọmọBurọọdubandi nẹtiwọki. (e) Nikan-band rectenna lilo itanna kekere eriali taara ti baamu si awọn rectifier. (f) Ẹgbẹ ẹyọkan, eriali eletiriki ti o tobi pẹlu ikọlu idiju lati ṣajọpọ pẹlu oluṣeto. (g) Broadband rectenna pẹlu idiju ikọjujasi lati so pọ pẹlu oluṣeto lori ọpọlọpọ awọn igbohunsafẹfẹ.
Lakoko ti WPT ati RFEH ibaramu lati ifunni iyasọtọ yatọ si awọn ohun elo rectenna, iyọrisi ibaramu ipari-si-opin laarin eriali, atunṣe ati fifuye jẹ ipilẹ lati ṣaṣeyọri ṣiṣe iyipada agbara giga (PCE) lati irisi bandiwidi. Sibẹsibẹ, WPT rectennas ṣe idojukọ diẹ sii lori iyọrisi ibaramu ifosiwewe didara ti o ga julọ (S11 kekere) lati mu ilọsiwaju PCE-ẹgbẹ kan ni awọn ipele agbara kan (topologies a, e ati f). Bandiwidi jakejado ti WPT-ẹgbẹ ẹyọkan ṣe ilọsiwaju ajesara eto si detuning, awọn abawọn iṣelọpọ ati parasitics apoti. Ni apa keji, RFEH rectennas ṣe iṣaju iṣẹ ṣiṣe ọpọlọpọ-band ati pe o jẹ ti awọn topologies bd ati g, nitori iwuwo iwoye agbara (PSD) ti ẹgbẹ kan ti dinku ni gbogbogbo.
3. Onigun eriali oniru
1. Nikan-igbohunsafẹfẹ rectenna
Apẹrẹ eriali ti rectenna-igbohunsafẹfẹ ẹyọkan (topology A) ni akọkọ da lori apẹrẹ eriali boṣewa, gẹgẹbi laini polarization (LP) tabi polarization ipin (CP) patch ti n tan lori ọkọ ofurufu ilẹ, eriali dipole ati eriali F inverted. Iyatọ band rectenna da lori DC apapo orun tunto pẹlu ọpọ eriali sipo tabi adalu DC ati RF apapo ti ọpọ alemo sipo.
Niwọn igba ti ọpọlọpọ awọn eriali ti a dabaa jẹ awọn eriali igbohunsafẹfẹ-ẹyọkan ati pade awọn ibeere ti WPT-igbohunsafẹfẹ ẹyọkan, nigbati o n wa RFEH pupọ-igbohunsafẹfẹ ayika, awọn eriali igbohunsafẹfẹ-ọpọlọpọ ẹyọkan ni a dapọ si awọn rectennas pupọ-band (topology B) pẹlu idinku idapọpọ ati Apapo DC ominira lẹhin Circuit iṣakoso agbara lati ya wọn sọtọ patapata lati ohun-ini RF ati iyika iyipada. Eyi nilo awọn iyika iṣakoso agbara lọpọlọpọ fun ẹgbẹ kọọkan, eyiti o le dinku ṣiṣe ti oluyipada igbelaruge nitori agbara DC ti ẹgbẹ kan kere.
2. Olona-iye ati àsopọmọBurọọdubandi RFEH eriali
Ayika RFEH ti wa ni igba ni nkan ṣe pẹlu olona-iye akomora; nitorina, a orisirisi ti imuposi ti a ti dabaa fun imudarasi awọn bandiwidi ti boṣewa eriali awọn aṣa ati awọn ọna fun lara meji-iye tabi band eriali orun. Ni apakan yii, a ṣe atunyẹwo awọn apẹrẹ eriali aṣa fun awọn RFEHs, bakanna bi awọn eriali ẹgbẹ-ọpọlọpọ Ayebaye pẹlu agbara lati ṣee lo bi rectennas.
Coplanar waveguide (CPW) monopole eriali kun agbegbe kere ju microstrip alemo eriali ni kanna igbohunsafẹfẹ ati ki o gbe awọn LP tabi CP igbi, ati ki o ti wa ni igba ti a lo fun àsopọmọBurọọdubandi ayika rectennas. Awọn ọkọ ofurufu ifọkasi ni a lo lati mu ipinya pọ si ati ilọsiwaju ere, ti o yọrisi awọn ilana itọka ti o jọra si awọn eriali alemo. Awọn eriali waveguide coplanar slotted ni a lo lati mu awọn bandiwidi impedance dara fun awọn ẹgbẹ igbohunsafẹfẹ pupọ, gẹgẹbi 1.8–2.7 GHz tabi 1–3 GHz. Awọn eriali iho ti a ti so pọ ati awọn eriali alemo tun jẹ lilo ni igbagbogbo ni awọn apẹrẹ rectenna pupọ-pupọ. Nọmba 3 fihan diẹ ninu awọn eriali ẹgbẹ-ọpọlọpọ ti o royin ti o lo ilana imudara bandiwidi diẹ sii ju ọkan lọ.
olusin 3
Antenna-Rectifier Impedance Baramu
Ibadọgba eriali 50Ω kan si olutọpa ti kii ṣe lainidi jẹ nija nitori idiwọ titẹ sii yatọ pupọ pẹlu igbohunsafẹfẹ. Ni awọn topologies A ati B (Figure 2), nẹtiwọọki ibaramu ti o wọpọ jẹ ibaramu LC kan nipa lilo awọn eroja ti o nipọn; sibẹsibẹ, awọn ojulumo bandiwidi jẹ maa n kekere ju julọ ibaraẹnisọrọ igbohunsafefe. Ibamu stub ẹgbẹ ẹyọkan ni a lo nigbagbogbo ni makirowefu ati awọn ẹgbẹ igbi-milimita ni isalẹ 6 GHz, ati pe awọn rectennas millimeter-igbi ti a royin ni bandiwidi dín inherent nitori bandiwidi PCE wọn jẹ igo nipasẹ titẹkuro irẹpọ, eyiti o jẹ ki wọn dara ni pataki fun ẹyọkan- band WPT ohun elo ninu awọn 24 GHz iye ti ko ni iwe-ašẹ.
Awọn rectennas ti o wa ni awọn topologies C ati D ni awọn nẹtiwọọki ibaamu eka sii. Awọn nẹtiwọọki ibaamu laini ti a pin kaakiri ni a ti dabaa fun ibaramu àsopọmọBurọọdubandi, pẹlu bulọọki RF/Circuit kukuru DC (àlẹmọ kọja) ni ibudo iṣelọpọ tabi kapasito dina DC bi ọna ipadabọ fun awọn harmonics diode. Awọn paati atunṣe le paarọ rẹ nipasẹ awọn kọnputa agbeka interdigitated (PCB) ti a tẹjade, eyiti o ṣajọpọ nipa lilo awọn irinṣẹ adaṣe adaṣe ẹrọ itanna ti iṣowo. Awọn nẹtiwọọki ibaamu àsopọmọBurọọdubandi rectenna miiran ti a royin darapọ awọn eroja ti o ṣokunkun fun ibaramu si awọn igbohunsafẹfẹ kekere ati awọn eroja ti o pin kaakiri fun ṣiṣẹda kukuru RF kan ni titẹ sii.
Yiyipada aiṣedeede titẹ sii ti a ṣe akiyesi nipasẹ ẹru nipasẹ orisun kan (ti a mọ si ilana fifa orisun) ti lo lati ṣe apẹrẹ oluṣeto bandiwidi pẹlu 57% bandiwidi ibatan (1.25-2.25 GHz) ati 10% PCE ti o ga julọ ni akawe si awọn iyika tabi pinpin kaakiri. . Botilẹjẹpe awọn nẹtiwọọki ti o baamu jẹ apẹrẹ ni deede lati baamu awọn eriali lori gbogbo bandiwidi 50Ω, awọn ijabọ wa ninu awọn iwe-iwe nibiti awọn eriali àsopọmọBurọọdubandi ti sopọ si awọn oluṣeto okun.
Arabara lumped-ano ati awọn nẹtiwọọki ibaamu eroja pinpin ti jẹ lilo pupọ ni awọn topologies C ati D, pẹlu awọn inductors jara ati awọn agbara agbara jẹ awọn eroja lumped julọ ti a lo julọ. Awọn wọnyi yago fun eka ẹya bi interdigitated capacitors, eyi ti o nilo diẹ deede awoṣe ki o si iṣelọpọ ju boṣewa microstrip ila.
Agbara titẹ sii si oluṣeto yoo ni ipa lori aiṣedeede titẹ sii nitori aiṣedeede ti diode. Nitorinaa, a ṣe apẹrẹ rectenna lati mu PCE pọ si fun ipele agbara titẹ sii kan pato ati idiwọ fifuye. Niwọn igba ti awọn diodes jẹ nipataki impedance giga capacitive ni awọn igbohunsafẹfẹ ni isalẹ 3 GHz, awọn rectennas broadband ti o yọkuro awọn nẹtiwọọki ibaamu tabi dinku awọn iyika ibaramu irọrun ti dojukọ awọn igbohunsafẹfẹ Prf> 0 dBm ati loke 1 GHz, nitori awọn diodes ni impedance capacitive kekere ati pe o le baamu daradara daradara. si eriali, nitorina yago fun apẹrẹ awọn eriali pẹlu awọn ifaseyin titẹ sii> 1,000Ω.
Ibamu impedance adaṣe tabi atunto atunto ni a ti rii ni CMOS rectennas, nibiti nẹtiwọọki ibaamu ni awọn banki kapasito lori chip ati awọn inductor. Awọn nẹtiwọọki ibaamu CMOS aimi tun ti dabaa fun awọn eriali 50Ω boṣewa bii awọn eriali yipo ti a ṣe papọ. O ti royin pe awọn aṣawari agbara CMOS palolo ni a lo lati ṣakoso awọn iyipada ti o taara iṣelọpọ ti eriali si awọn atunṣe oriṣiriṣi ati awọn nẹtiwọọki ibaramu ti o da lori agbara ti o wa. Nẹtiwọọki ti o baamu atunto nipa lilo awọn apẹja ti o ni itusilẹ ti a ti dabaa, eyiti o jẹ aifwy nipasẹ iṣatunṣe itanran lakoko wiwọn impedance input nipa lilo olutupalẹ nẹtiwọọki fekito. Ni awọn nẹtiwọọki ibaramu microstrip atunto, awọn iyipada transistor ipa aaye ti lo lati ṣatunṣe awọn stubs ti o baamu lati ṣaṣeyọri awọn abuda-band-band.
Lati ni imọ siwaju sii nipa awọn eriali, jọwọ ṣabẹwo:
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹjọ-09-2024
