Disenyo sa Antenna-Rectifier
Ang kinaiya sa mga rectenna nga nagsunod sa EG topology sa Figure 2 mao nga ang antenna direktang gipares sa rectifier, imbes sa 50Ω standard, nga nanginahanglan og pagminus o pagtangtang sa matching circuit aron mapaandar ang rectifier. Kini nga seksyon nagrepaso sa mga bentaha sa mga SoA rectenna nga adunay mga non-50Ω antenna ug mga rectenna nga walay matching network.
1. Mga Antena nga Gamay og Elektrisidad
Ang mga LC resonant ring antenna kay kaylap nga gigamit sa mga aplikasyon diin ang gidak-on sa sistema kritikal. Sa mga frequency nga ubos sa 1 GHz, ang wavelength mahimong hinungdan nga ang standard distributed element antennas mookupar og mas daghang espasyo kaysa sa kinatibuk-ang gidak-on sa sistema, ug ang mga aplikasyon sama sa hingpit nga integrated transceivers para sa mga body implants labi nga nakabenepisyo gikan sa paggamit sa gagmay nga mga antenna nga elektrikal para sa WPT.
Ang taas nga inductive impedance sa gamay nga antenna (duol sa resonance) magamit aron direktang ikonektar ang rectifier o uban ang dugang nga on-chip capacitive matching network. Ang gagmay nga mga antenna nga de-kuryente gitaho sa WPT nga adunay LP ug CP nga ubos sa 1 GHz gamit ang Huygens dipole antennas, nga adunay ka=0.645, samtang ka=5.91 sa normal nga mga dipoles (ka=2πr/λ0).
2. Antena nga konjugado sa rectifier
Ang kasagarang input impedance sa usa ka diode kay taas og capacitive, busa gikinahanglan ang inductive antenna aron makab-ot ang conjugate impedance. Tungod sa capacitive impedance sa chip, ang high impedance inductive antennas kay kaylap nga gigamit sa mga RFID tag. Ang mga dipole antenna bag-o lang nahimong uso sa complex impedance RFID antennas, nga nagpakita og taas nga impedance (resistance ug reactance) duol sa ilang resonant frequency.
Ang mga inductive dipole antenna gigamit aron ipares ang taas nga capacitance sa rectifier sa frequency band nga gikonsiderar. Sa usa ka folded dipole antenna, ang double short line (dipole folding) molihok isip impedance transformer, nga nagtugot sa pagdesinyo sa usa ka taas kaayo nga impedance antenna. Sa laing paagi, ang bias feeding maoy responsable sa pagdugang sa inductive reactance ingon man sa aktuwal nga impedance. Ang paghiusa sa daghang biased dipole elements nga adunay unbalanced bow-tie radial stubs nagporma og dual broadband high impedance antenna. Ang Figure 4 nagpakita sa pipila ka gitaho nga rectifier conjugate antennas.
Hulagway 4
Mga kinaiya sa radyasyon sa RFEH ug WPT
Sa modelo sa Friis, ang gahum nga PRX nga nadawat sa usa ka antenna sa gilay-on nga d gikan sa transmitter usa ka direktang gimbuhaton sa mga gain sa receiver ug transmitter (GRX, GTX).
Ang direktang direksyon ug polarisasyon sa pangunang lobe sa antenna direktang makaapekto sa gidaghanon sa kuryente nga nakolekta gikan sa incident wave. Ang mga kinaiya sa radyasyon sa antenna mao ang mga importanteng parametro nga nagpalahi tali sa ambient RFEH ug WPT (Figure 5). Samtang sa duha ka aplikasyon ang propagation medium mahimong wala mahibal-i ug ang epekto niini sa nadawat nga wave kinahanglan nga tagdon, ang kahibalo sa transmitting antenna mahimong magamit. Ang Talaan 3 nagpaila sa mga importanteng parametro nga gihisgutan niini nga seksyon ug ang ilang pagkagamit sa RFEH ug WPT.
Hulagway 5
1. Direktibidad ug Gain
Sa kadaghanan sa mga aplikasyon sa RFEH ug WPT, gituohan nga ang kolektor wala mahibalo sa direksyon sa incident radiation ug walay line-of-sight (LoS) nga agianan. Niini nga trabaho, daghang mga disenyo ug pagbutang sa antenna ang gisusi aron mapadako ang nadawat nga gahum gikan sa usa ka wala mailhi nga tinubdan, nga independente sa pag-align sa main lobe tali sa transmitter ug receiver.
Ang mga omnidirectional antenna kay kaylap nga gigamit sa mga environmental RFEH rectenna. Sa literatura, ang PSD managlahi depende sa oryentasyon sa antenna. Bisan pa, ang pagkalainlain sa gahum wala pa mapasabut, busa dili posible nga mahibal-an kung ang pagkalainlain tungod ba sa radiation pattern sa antenna o tungod sa polarization mismatch.
Gawas pa sa mga aplikasyon sa RFEH, ang mga high-gain directional antenna ug array kay kaylap nga gitaho para sa microwave WPT aron mapaayo ang collection efficiency sa ubos nga RF power density o mabuntog ang propagation losses. Ang Yagi-Uda rectenna arrays, bowtie arrays, spiral arrays, tightly coupled Vivaldi arrays, CPW CP arrays, ug patch arrays lakip sa mga scalable rectenna implementations nga maka-maximize sa incident power density ubos sa usa ka piho nga area. Ang ubang mga pamaagi aron mapaayo ang antenna gain naglakip sa substrate integrated waveguide (SIW) technology sa microwave ug millimeter wave bands, nga espesipiko sa WPT. Bisan pa, ang mga high-gain rectenna gihulagway sa pig-ot nga beamwidths, nga naghimo sa pagdawat sa mga balud sa arbitraryong direksyon nga dili episyente. Ang mga imbestigasyon sa gidaghanon sa mga antenna elements ug ports nakahinapos nga ang mas taas nga directivity wala katumbas sa mas taas nga harvested power sa ambient RFEH nga nag-assume sa three-dimensional arbitrary incidence; kini napamatud-an pinaagi sa mga field measurements sa urban environments. Ang mga high-gain arrays mahimong limitado sa mga aplikasyon sa WPT.
Aron mabalhin ang mga benepisyo sa mga high-gain antenna ngadto sa arbitraryong mga RFEH, gigamit ang mga solusyon sa packaging o layout aron masulbad ang isyu sa directivity. Usa ka dual-patch antenna wristband ang gisugyot aron makakuha og enerhiya gikan sa ambient Wi-Fi RFEHs sa duha ka direksyon. Ang ambient cellular RFEH antenna gidisenyo usab isip 3D boxes ug giimprinta o gipapilit sa mga external surfaces aron makunhuran ang area sa sistema ug makahimo og multi-directional harvesting. Ang mga cubic rectenna structure nagpakita og mas taas nga posibilidad sa pagdawat og enerhiya sa ambient RFEHs.
Gihimo ang mga pagpaayo sa disenyo sa antenna aron madugangan ang beamwidth, lakip ang mga auxiliary parasitic patch elements, aron mapaayo ang WPT sa 2.4 GHz, 4 × 1 arrays. Gisugyot usab ang usa ka 6 GHz mesh antenna nga adunay daghang beam regions, nga nagpakita sa daghang beams matag port. Gisugyot ang multi-port, multi-rectifier surface rectennas ug energy harvesting antennas nga adunay omnidirectional radiation patterns para sa multi-directional ug multi-polarized RFEH. Gisugyot usab ang multi-rectifiers nga adunay beamforming matrices ug multi-port antenna arrays para sa high-gain, multi-directional energy harvestings.
Sa laktod nga pagkasulti, samtang ang mga high-gain antenna mas gipalabi aron mapaayo ang gahum nga nakuha gikan sa ubos nga RF densities, ang mga highly directional receiver mahimong dili sulundon sa mga aplikasyon diin ang direksyon sa transmitter wala mahibal-i (pananglitan, ambient RFEH o WPT pinaagi sa wala mahibal-i nga mga propagation channel). Niini nga trabaho, daghang mga pamaagi sa multi-beam ang gisugyot alang sa multi-directional high-gain WPT ug RFEH.
2. Polarisasyon sa Antena
Ang antenna polarization naghulagway sa paglihok sa electric field vector kalabot sa direksyon sa pagpalapad sa antenna. Ang mga polarization mismatch mahimong mosangpot sa pagkunhod sa transmission/reception tali sa mga antenna bisan kung ang mga direksyon sa main lobe gihan-ay. Pananglitan, kung ang usa ka vertical LP antenna gigamit alang sa transmission ug usa ka horizontal LP antenna gigamit alang sa reception, walay kuryente nga madawat. Niini nga seksyon, gisusi ang gitaho nga mga pamaagi alang sa pag-maximize sa wireless reception efficiency ug paglikay sa polarization mismatch losses. Usa ka summary sa gisugyot nga rectenna architecture kalabot sa polarization gihatag sa Figure 6 ug usa ka ehemplo sa SoA gihatag sa Table 4.
Hulagway 6
Sa komunikasyon sa cellular, ang linear polarization alignment tali sa mga base station ug mga mobile phone dili lagmit nga makab-ot, busa ang mga base station antenna gidisenyo nga dual-polarized o multi-polarized aron malikayan ang polarization mismatch losses. Bisan pa, ang polarization variation sa mga LP waves tungod sa multipath effects nagpabilin nga usa ka wala masulbad nga problema. Base sa pangagpas sa multi-polarized mobile base stations, ang mga cellular RFEH antenna gidisenyo isip mga LP antenna.
Ang mga CP rectenna kasagarang gigamit sa WPT tungod kay kini medyo makasugakod sa mismatch. Ang mga CP antenna makadawat og CP radiation nga adunay parehas nga direksyon sa pagtuyok (wala o tuo nga CP) dugang sa tanang LP waves nga walay power loss. Sa bisan unsang kaso, ang CP antenna mo-transmit ug ang LP antenna modawat nga adunay 3 dB loss (50% power loss). Ang mga CP rectenna gitaho nga angay alang sa 900 MHz ug 2.4 GHz ug 5.8 GHz industrial, scientific, ug medical bands ingon man sa millimeter waves. Sa RFEH sa arbitrarily polarized waves, ang polarization diversity nagrepresentar sa usa ka potensyal nga solusyon sa polarization mismatch losses.
Ang bug-os nga polarisasyon, nailhan usab nga multi-polarisasyon, gisugyot aron hingpit nga mabuntog ang mga pagkawala sa polarisasyon nga mismatch, nga makapahimo sa pagkolekta sa parehong CP ug LP nga mga balud, diin ang duha ka dual-polarized orthogonal LP nga mga elemento epektibong modawat sa tanang LP ug CP nga mga balud. Aron ipakita kini, ang bertikal ug pinahigda nga net voltages (VV ug VH) magpabilin nga makanunayon bisan unsa pa ang anggulo sa polarisasyon:
Ang CP electromagnetic wave nga “E” electric field, diin ang kuryente makolekta kaduha (kausa kada unit), sa ingon hingpit nga makadawat sa CP component ug mabuntog ang 3 dB polarization mismatch loss:
Sa katapusan, pinaagi sa DC combination, madawat ang mga incident wave sa arbitrary polarization. Ang Figure 7 nagpakita sa geometry sa gitaho nga fully polarized rectenna.
Hulagway 7
Sa laktod nga pagkasulti, sa mga aplikasyon sa WPT nga adunay dedicated power supply, ang CP mas gipalabi tungod kay kini nagpauswag sa efficiency sa WPT bisan unsa pa ang polarization angle sa antenna. Sa laing bahin, sa multi-source acquisition, labi na gikan sa ambient sources, ang fully polarized antennas makab-ot ang mas maayo nga overall reception ug maximum portability; gikinahanglan ang multi-port/multi-rectifier architectures aron mahiusa ang fully polarized power sa RF o DC.
Sumaryo
Kini nga papel nagrepaso sa bag-o nga pag-uswag sa disenyo sa antenna para sa RFEH ug WPT, ug nagsugyot og usa ka standard nga klasipikasyon sa disenyo sa antenna para sa RFEH ug WPT nga wala pa gisugyot sa miaging mga literatura. Tulo ka batakang kinahanglanon sa antenna para makab-ot ang taas nga RF-to-DC efficiency ang giila nga:
1. Bandwidth sa impedance sa antenna rectifier para sa mga RFEH ug WPT band nga gikonsiderar;
2. Pag-align sa pangunang lobe tali sa transmitter ug receiver sa WPT gikan sa usa ka gipahinungod nga feed;
3. Pagpares sa polarisasyon tali sa rectenna ug sa incident wave bisan unsa pa ang anggulo ug posisyon.
Base sa impedance, ang mga rectenna giklasipikar sa 50Ω ug rectifier conjugate rectenna, nga nagpunting sa impedance matching tali sa lainlaing mga banda ug load ug ang kahusayan sa matag pamaagi sa pagpares.
Ang mga kinaiya sa radiation sa mga SoA rectenna gisusi gikan sa perspektibo sa directivity ug polarization. Gihisgutan ang mga pamaagi aron mapaayo ang gain pinaagi sa beamforming ug packaging aron mabuntog ang pig-ot nga beamwidth. Sa katapusan, gisusi ang mga CP rectenna para sa WPT, uban sa lain-laing mga implementasyon aron makab-ot ang polarization-independent nga pagdawat para sa WPT ug RFEH.
Para sa dugang impormasyon bahin sa mga antenna, bisitaha ang:
Oras sa pag-post: Agosto-16-2024
