Apẹẹrẹ Atunṣe-Ẹ̀rọ Amúṣẹ́pọ̀
Ànímọ́ àwọn rectenna tí ó tẹ̀lé topology EG nínú Àwòrán 2 ni pé antenna náà bá rectifier mu tààrà, dípò ìwọ̀n 50Ω, èyí tí ó nílò kí a dín tàbí kí a yọ circuit ìbáramu kúrò láti fi agbára fún rectifier náà. Apá yìí ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn àǹfààní ti rectenna SoA pẹ̀lú àwọn antenna tí kìí ṣe 50Ω àti rectenna tí kò ní àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbáramu.
1. Àwọn Antenna Kékeré Tí A Fi Ń Lòná
A ti lo awọn eriali oruka resonant LC ni ọpọlọpọ awọn ohun elo nibiti iwọn eto jẹ pataki. Ni awọn igbohunsafẹfẹ ti o wa ni isalẹ 1 GHz, gigun gigun le fa ki awọn eriali eroja ti a pin kaakiri deede gba aaye diẹ sii ju iwọn gbogbogbo ti eto naa lọ, ati awọn ohun elo bii awọn transceivers ti a ti sopọ mọ ni kikun fun awọn ohun elo ara ni anfani pataki lati lilo awọn eriali kekere ti ina fun WPT.
A le lo impedance giga ti eriali kekere (sunmọ resonance) lati so rectifier pọ taara tabi pẹlu nẹtiwọọki ibamu capacitive afikun lori-chip. A ti royin awọn eriali kekere ti ina mọnamọna ni WPT pẹlu LP ati CP ni isalẹ 1 GHz nipa lilo awọn eriali dipole Huygens, pẹlu ka = 0.645, lakoko ti ka = 5.91 ninu awọn dipoles deede (ka = 2πr / λ0).
2. Eriali conjugate Rectifier
Àìjẹ́ kí ìfàsẹ́yìn tí ó wọ́pọ̀ nínú diode jẹ́ capacitive gíga, nítorí náà a nílò antenna inductive láti ṣàṣeyọrí conjugate impedance. Nítorí capacitive impedance ti chip náà, a ti lo antenna inductive impedance gíga nínú àwọn àmì RFID. Àwọn antenna Dipole ti di àṣà tuntun nínú àwọn antenna RFID impedance complex, tí wọ́n ń fi impedance gíga hàn (resistance àti reactance) nítòsí ìpele resonant wọn.
A ti lo awọn eriali dipole inductive lati ba agbara giga ti rectifier mu ninu iye igbohunsafẹfẹ ti o nifẹ si. Ninu eriali dipole ti a so pọ, laini kukuru meji (folding dipole) n ṣiṣẹ bi transformer impedance, ti o fun laaye apẹrẹ eriali impedance giga pupọ. Ni omiiran, ifunni bias jẹ iduro fun jijẹ reactance inductive ati impedance gidi. Pipọpọ awọn eroja dipole pupọ ti o ni ibatan pẹlu awọn radial stubs ti ko ni iwọntunwọnsi ṣe apẹrẹ eriali impedance giga broadband meji. Aworan 4 fihan diẹ ninu awọn eriali conjugate rectifier ti a royin.
Àwòrán 4
Àwọn ànímọ́ ìtànṣán nínú RFEH àti WPT
Nínú àwòṣe Friis, agbára PRX tí a gbà nípasẹ̀ eriali ní ìjìnnà d láti ọ̀dọ̀ olùgbéjáde jẹ́ iṣẹ́ taara ti àwọn àǹfààní olùgbéjáde àti olùgbéjáde (GRX, GTX).
Ìtọ́sọ́nà àti ìfọ́pọ̀mọ́ra antenna náà ní ipa tààrà lórí iye agbára tí a kó jọ láti inú ìgbì ìṣẹ̀lẹ̀. Àwọn ànímọ́ ìtànṣán antenna jẹ́ àwọn pàrámítà pàtàkì tí ó ń yà sọ́tọ̀ láàrín RFEH ayíká àti WPT (Àwòrán 5). Bó tilẹ̀ jẹ́ pé nínú àwọn ohun èlò méjèèjì, a lè má mọ̀ nípa agbára ìtànṣán náà, a sì gbọ́dọ̀ gbé ipa rẹ̀ yẹ̀ wò lórí ìgbì tí a gbà, a lè lo ìmọ̀ nípa antenna tí ń gbé kiri. Táblì 3 ṣàfihàn àwọn pàrámítà pàtàkì tí a jíròrò ní apá yìí àti bí wọ́n ṣe lè wúlò fún RFEH àti WPT.
Àwòrán 5
1. Ìtọ́sọ́nà àti Èrè
Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò RFEH àti WPT, a gbà pé olùkójọpọ̀ kò mọ ìtọ́sọ́nà ìtànṣán ìṣẹ̀lẹ̀ náà àti pé kò sí ọ̀nà ìlà-ìríran (LoS). Nínú iṣẹ́ yìí, a ti ṣe ìwádìí lórí ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àwòrán àti ibi tí a gbé e sí láti mú kí agbára tí a gbà láti orísun tí a kò mọ̀ pọ̀ sí i, láìka ìbáṣepọ̀ kókó pàtàkì láàárín olùgbéjáde àti olùgbà.
A ti lo awọn eriali omnidirectional pupọ ni awọn rectenna RFEH ayika. Ninu awọn iwe, PSD yatọ si da lori itọsọna eriali naa. Sibẹsibẹ, a ko ti ṣalaye iyipada ninu agbara, nitorinaa ko ṣee ṣe lati pinnu boya iyipada naa jẹ nitori ilana itankalẹ ti eriali naa tabi nitori aiṣedeede polarization.
Ní àfikún sí àwọn ohun èlò RFEH, àwọn antenna ìtọ́sọ́nà gíga àti àwọn antenna ti jẹ́ ìròyìn púpọ̀ fún microwave WPT láti mú kí agbára ìṣàkójọpọ̀ agbára RF tí ó kéré pọ̀ sí i tàbí láti borí àwọn àdánù ìdàgbàsókè. Àwọn antenna rectenna Yagi-Uda, àwọn antenna bowtie, àwọn antenna spiral, àwọn antenna Vivaldi tí a so pọ̀ mọ́ra, àwọn antenna CPW, àti àwọn antenna patch wà lára àwọn ìṣe rectenna tí ó lè mú kí agbára ìṣẹ̀lẹ̀ pọ̀ sí i lábẹ́ agbègbè kan. Àwọn ọ̀nà míràn láti mú kí antenna jèrè pọ̀ sí i ni ìmọ̀-ẹ̀rọ substrate integrated waveguide (SIW) nínú microwave àti millimeter wave bands, pàtó sí WPT. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn antenna gíga ni a fi àwọn beamwidths dín hàn, èyí tí ó mú kí gbígba àwọn waves ní àwọn ìtọ́sọ́nà aláìlágbára kò ṣiṣẹ́. Àwọn ìwádìí lórí iye àwọn eroja antenna àti àwọn ibudo parí èrò sí pé ìtọ́sọ́nà gíga kò bá agbára ìkórè tí ó ga jù mu ní ambient RFEH tí a gbà pé ìṣẹ̀lẹ̀ aláìlágbára mẹ́ta ni a fìdí rẹ̀ múlẹ̀; èyí ni a fìdí rẹ̀ múlẹ̀ nípa àwọn ìwọ̀n pápá ní àwọn àyíká ìlú. Àwọn antenna gíga lè ní ààlà sí àwọn ohun èlò WPT.
Láti gbé àwọn àǹfààní àwọn eriali gíga sí àwọn RFEH aláìṣeéṣe, a lo àwọn ojútùú ìfipamọ́ tàbí ìṣètò láti borí ìṣòro ìtọ́sọ́nà. A dámọ̀ràn ìdènà antenna oní-patch méjì láti kó agbára láti inú àwọn RFEH Wi-Fi àyíká ní ìhà méjì. A tún ṣe àwọn antenna RFEH àyíká gẹ́gẹ́ bí àpótí 3D àti tí a tẹ̀ wọ́n tàbí tí a dì mọ́ àwọn ojú òde láti dín agbègbè ètò kù kí ó sì jẹ́ kí ìkórè onírúurú ọ̀nà ṣiṣẹ́. Àwọn ìrísí rectenna oní-cubic fi ìṣeeṣe gíga ti gbígbà agbára hàn nínú àwọn RFEH àyíká.
A ṣe àtúnṣe sí àwòrán eriali láti mú kí ìwọ̀n ìpele náà pọ̀ sí i, títí kan àwọn èròjà parasitic auxiliary patch, láti mú kí WPT sunwọ̀n sí i ní 2.4 GHz, àwọn arrays 4 × 1. A tún dámọ̀ràn eriali mesh 6 GHz pẹ̀lú àwọn agbègbè ìpele ìpele púpọ̀, èyí tí ó fi hàn pé ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele kọ̀ọ̀kan wà. Àwọn arrays ojú-òpó-pupọ, multi-rectifier surface rectifier àti energy harvesting antennas pẹ̀lú omnidirectional radiation a ti dámọ̀ràn fún multi-directional and multi-polarized RFEH. Multi-rectifiers pẹ̀lú beamforming matrices àti multi-port antenna arrays ni a ti dámọ̀ràn fún gíga-gain, multi-directional gígé agbára.
Ní àkótán, bó tilẹ̀ jẹ́ pé a fẹ́ràn àwọn eriali gíga láti mú kí agbára tí a kó láti inú ìwọ̀n RF tí ó kéré síi sunwọ̀n síi, àwọn olugba gíga lè má dára ní àwọn ohun èlò níbi tí a kò ti mọ ìtọ́sọ́nà olùgbéjáde (fún àpẹẹrẹ, RFEH ambient tàbí WPT nípasẹ̀ àwọn ikanni ìtẹ̀síwájú tí a kò mọ̀). Nínú iṣẹ́ yìí, a dámọ̀ràn ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà oníná púpọ̀ fún WPT àti RFEH oníná púpọ̀.
2. Ìpínyà Antenna
Ìpolórí Antenna ṣàlàyé ìṣípo ti fekito aaye ina mọnamọna ni ibatan si itọsọna itankale eriali. Awọn aiṣedeede Polarization le ja si idinku gbigbe/gbigba laarin awọn eriali paapaa nigbati awọn itọsọna lobe akọkọ ba wa ni ibamu. Fun apẹẹrẹ, ti a ba lo eriali LP inaro fun gbigbe ati pe a lo eriali LP petele fun gbigba, a ko ni gba agbara kankan. Ni apakan yii, a ṣe atunyẹwo awọn ọna ti a royin fun mimu agbara gbigba alailowaya pọ si ati yago fun awọn adanu aiṣedeede polarization. A ṣe akopọ ti eto rectenna ti a dabaa nipa polarization ni Aworan 6 ati apẹẹrẹ SoA ni Atẹ 4.
Àwòrán 6
Nínú ìbánisọ̀rọ̀ sẹ́ẹ̀lì, ó ṣeé ṣe kí a ṣe àtúnṣe ìsopọ̀pọ̀ línéètì láàrín àwọn ibùdó ìpìlẹ̀ àti àwọn fóònù alágbéka, nítorí náà, a ṣe àwọn antenna ibùdó ìpìlẹ̀ láti jẹ́ onípo méjì tàbí onípo púpọ̀ láti yẹra fún àdánù àìbáramu ìsopọ̀pọ̀. Síbẹ̀síbẹ̀, ìyàtọ̀ ìsopọ̀pọ̀ ti àwọn ìgbì LP nítorí àwọn ipa ọ̀nà púpọ̀ ṣì jẹ́ ìṣòro tí a kò yanjú. Gẹ́gẹ́ bí a ti rò pé àwọn ibùdó ìpìlẹ̀ alágbéka onípo púpọ̀ ni a ṣe àwọn antenna RFEH alágbéka gẹ́gẹ́ bí antenna LP.
Àwọn rectenna CP ni a sábà máa ń lò nínú WPT nítorí pé wọ́n lè má bá ara wọn mu. Àwọn antenna CP lè gba ìtànṣán CP pẹ̀lú ìtọ́sọ́nà ìyípo kan náà (CP ọwọ́ òsì tàbí ọwọ́ ọ̀tún) ní àfikún sí gbogbo ìgbì LP láìsí ìpàdánù agbára. Bó ti wù kí ó rí, antenna CP ń gbéṣẹ́, antenna LP sì ń gbà pẹ̀lú ìpàdánù 3 dB (pàdánù agbára 50%). A ròyìn pé àwọn rectenna CP yẹ fún 900 MHz àti 2.4 GHz àti 5.8 GHz àwọn ìpele iṣẹ́, ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì, àti ìṣègùn, àti àwọn ìgbì millimeter. Nínú RFEH ti àwọn ìgbì omi onípele láìnídìí, ìyípadà polarization dúró fún ojútùú tó ṣeéṣe sí àwọn ìpàdánù àìbáramu polarization.
A ti dámọ̀ràn ìfọ́po gbogbo, tí a tún mọ̀ sí multi-polarization, láti borí àwọn àdánù àìdọ́gba polarization pátápátá, èyí tí ó ń jẹ́ kí a kó àwọn ìgbì CP àti LP jọ, níbi tí àwọn èròjà LP méjì tí wọ́n jẹ́ dual-polarized orthogonal gba gbogbo ìgbì LP àti CP dáadáa. Láti ṣàfihàn èyí, àwọn folti net inaro àti petele (VV àti VH) dúró ṣinṣin láìka igun polarization sí:
Aaye ina itanna igbi elekitiriki CP “E”, nibiti a ti gba agbara ni igba meji (lẹẹkan fun ẹyọ kan), nitorinaa gbigba paati CP ni kikun ati bori pipadanu aiṣedeede polarization 3 dB:
Níkẹyìn, nípasẹ̀ ìdàpọ̀ DC, a lè gba àwọn ìgbì ìṣẹ̀lẹ̀ ti ìfọ́porasípò aláìdánimọ̀. Àwòrán 7 fi ìrísí ti ìfọ́porasípò onípele tí a ròyìn hàn.
Àwòrán 7
Ní ṣókí, nínú àwọn ohun èlò WPT pẹ̀lú àwọn ohun èlò agbára tí a yà sọ́tọ̀, CP ni a fẹ́ràn jù nítorí pé ó ń mú kí iṣẹ́ WPT sunwọ̀n síi láìka igun polarization ti eriali náà sí. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, nínú gbígbà orísun púpọ̀, pàápàá jùlọ láti orísun àyíká, àwọn eriali tí a ti polarized pátápátá lè ṣe àṣeyọrí gbígbà gbogbogbòò tí ó dára jùlọ àti gbígbé tí ó pọ̀ jùlọ; a nílò àwọn architectures multi-port/multi-rectifier láti so agbára polarized pátápátá pọ̀ ní RF tàbí DC.
Àkótán
Ìwé yìí ṣe àtúnyẹ̀wò ìlọsíwájú tuntun nínú ìṣètò antenna fún RFEH àti WPT, ó sì dábàá ìṣètò boṣewa ti ìṣètò antenna fún RFEH àti WPT tí a kò tí ì dábàá nínú àwọn ìwé ìṣáájú. Àwọn ohun pàtàkì mẹ́ta fún antenna láti ṣe àṣeyọrí iṣẹ́ RF-sí-DC gíga ni a ti dámọ̀ràn gẹ́gẹ́ bí:
1. Ìwọ̀n ìdènà atọ́nà atọ́nà fún àwọn ìpele RFEH àti WPT tí ó ní ìfẹ́ sí;
2. Ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìpele pàtàkì láàrín olùgbéjáde àti olùgbà ní WPT láti inú ìfúnni tí a yà sọ́tọ̀;
3. Ìbáramu ìṣọ̀kan láàárín rectenna àti ìgbì ìṣẹ̀lẹ̀ láìka igun àti ipò sí.
Ní ìbámu pẹ̀lú impedance, a pín àwọn rectenna sí 50Ω àti rectifier conjugate rectennas, pẹ̀lú àfiyèsí lórí ìbáramu impedance láàrín àwọn ìpele àti ẹrù ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ àti bí ọ̀nà ìbáramu kọ̀ọ̀kan ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa.
A ti ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn ànímọ́ ìtànṣán ti àwọn rectenna SoA láti ojú ìwòye directivity àti polarization. Àwọn ọ̀nà láti mú kí èrè pọ̀ sí i nípa ṣíṣe beamforming àti packing láti borí width beamwidth ni a jíròrò. Níkẹyìn, a ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn rectenna CP fún WPT, pẹ̀lú onírúurú àwọn ìṣe láti ṣe àṣeyọrí gbígbà tí kò ní polarization-independent polarization fún WPT àti RFEH.
Láti mọ̀ sí i nípa àwọn eriali, jọ̀wọ́ ṣèbẹ̀wò sí:
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹjọ-16-2024
