1. Муқаддима
Ҷамъоварии энергия (RFEH) ва интиқоли бесими радиатсионӣ (WPT) ҳамчун усулҳои ноил шудан ба шабакаҳои бесими устувори бесим таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб карданд. Ректеннаҳо санги асосии системаҳои WPT ва RFEH мебошанд ва ба қувваи доимии ба сарбор расонидашуда таъсири назаррас доранд. Унсурҳои мавҷгири ректенна ба самаранокии ҳосилғундорӣ бевосита таъсир мерасонанд, ки он метавонад қувваи ҳосилшударо бо якчанд фармоиши калон фарқ кунад. Ин мақола тарҳҳои мавҷгириро, ки дар барномаҳои WPT ва муҳити RFEH истифода мешаванд, баррасӣ мекунад. Ректеннаҳои гузоришшуда аз рӯи ду меъёри асосӣ тасниф карда мешаванд: мавҷгири ислоҳкунандаи маҷрои импеданс ва хусусиятҳои радиатсионӣ. Барои ҳар як меъёр, нишондиҳандаи шоистагӣ (FoM) барои барномаҳои гуногун муайян ва муқоиса карда мешавад.
WPT аз ҷониби Тесла дар аввали асри 20 ҳамчун усули интиқоли ҳазорҳо қувваи асп пешниҳод карда шуд. Истилоҳи ректенна, ки мавҷгириеро, ки ба ислоҳкунанда барои ҷамъоварии қувваи РБ пайваст карда шудааст, тавсиф мекунад, дар солҳои 1950-ум барои барномаҳои интиқоли барқи кайҳонӣ ва барои интиқоли дронҳои мустақил пайдо шудааст. WPT-и ҳамаҷониба ва дарозмуддат бо хосиятҳои физикии муҳити паҳншавӣ (ҳаво) маҳдуд аст. Аз ин рӯ, WPT-и тиҷоратӣ асосан бо интиқоли нерӯи радиатсионӣ дар наздикии майдони наздик барои пуркунии бесими электроникаи маишӣ ё RFID маҳдуд аст.
Азбаски истеъмоли қувваи дастгоҳҳои нимноқилӣ ва гиреҳҳои сенсорҳои бесим коҳиш меёбад, он имкон медиҳад, ки гиреҳҳои сенсорӣ бо истифода аз RFEH муҳити атроф ё бо истифода аз интиқолдиҳандаҳои тақсимшудаи ҳамаҷонибаи камқувват истифода шаванд. Системаҳои барқии бесими ултра камиқтидор одатан аз як канори ба даст овардани РБ, идоракунии қувваи доимии доимӣ ва хотира ва микропросессор ва интиқолдиҳандаи камқувват иборатанд.
Расми 1 меъмории гиреҳи бесими RFEH ва татбиқи маъмулан гузоришшудаи RF-ро нишон медиҳад. Самаранокии ниҳоии системаи барқи бесим ва меъмории шабакаи ҳамоҳангшудаи иттилоот ва интиқоли барқ аз кори ҷузъҳои алоҳида, ба монанди мавҷгирҳо, росткунҷаҳо ва схемаҳои идоракунии нерӯ вобаста аст. Барои қисматҳои гуногуни система якчанд тадқиқоти адабиёт гузаронида шудааст. Љадвали 1 марњилаи табдили нерў, љузъњои калидї барои табдили самараноки нерў ва тањќиќоти адабиёти марбутаро барои њар як ќисм љамъбаст мекунад. Адабиёти навтарин ба технологияи табдили нерӯ, топологияҳои ислоҳкунанда ё RFEH-и шабакавӣ тамаркуз мекунад.
Расми 1
Аммо, тарҳи мавҷгир ҳамчун ҷузъи муҳим дар RFEH баррасӣ намешавад. Гарчанде ки баъзе адабиётҳо маҷрои мавҷгир ва самаранокии мавҷгириро аз нуқтаи назари умумӣ ё аз нуқтаи назари мушаххаси тарҳрезии мавҷгир баррасӣ мекунанд, ба монанди мавҷгирҳои хурд ё фарсуда, таъсири баъзе параметрҳои мавҷгири ба қабули нерӯ ва самаранокии табдилдиҳӣ ба таври муфассал таҳлил карда нашудааст.
Ин мақола усулҳои тарроҳии мавҷгириро дар ректеннаҳо бо ҳадафи фарқ кардани мушкилоти тарҳрезии мавҷгири мушаххаси RFEH ва WPT аз тарҳи стандартии мавҷгири иртиботӣ баррасӣ мекунад. Антеннаҳо аз ду ҷиҳат муқоиса карда мешаванд: мувофиқати импедансҳои ниҳоӣ ва хусусиятҳои радиатсионӣ; дар ҳар як ҳолат, FoM дар мавҷгирҳои муосир (SoA) муайян ва баррасӣ карда мешавад.
2. Маҷрои маҷрои ва Мутобиқати: Шабакаҳои RF ғайри-50Ω
Импеданси хоси 50Ω баррасии барвақти созиш байни сустшавӣ ва қудрат дар барномаҳои муҳандисии печи микроволновка мебошад. Дар мавҷгирҳо, фарохмаҷрои муқовимат ҳамчун диапазони басомад муайян карда мешавад, ки қувваи инъикосшуда аз 10% камтар аст (S11< - 10 дБ). Азбаски тақвиятдиҳандаҳои садои паст (LNAs), пурқувваткунандаҳо ва детекторҳо маъмулан бо мутобиқати импеданси вуруди 50 Ом тарҳрезӣ шудаанд, ба таври анъанавӣ ба манбаи 50 Ом истинод карда мешавад.
Дар ректенна, баромади мавҷгир мустақиман ба росткунҷа ворид карда мешавад ва ғайрихаттии диод боиси тағирёбии калон дар импеданси вуруд мегардад, ки ҷузъи иқтидор бартарӣ дорад. Фарз кардани мавҷгири 50Ω, мушкилоти асосӣ тарҳрезии шабакаи иловагии мувофиқи РБ барои табдил додани импеданси вуруд ба импеданси ислоҳкунанда дар басомади таваҷҷӯҳ ва оптимизатсияи он барои сатҳи муайяни нерӯ мебошад. Дар ин ҳолат, фарохмаҷрои импеданси охири ба охир барои таъмини табдили самараноки RF ба DC талаб карда мешавад. Аз ин рӯ, гарчанде ки мавҷгирҳо метавонанд ба маҷрои назариявӣ беохир ё ултра-васеъ бо истифода аз унсурҳои даврӣ ё геометрияи худмукаммал ба даст оранд, маҷрои ректенна аз ҷониби шабакаи мувофиқи росткунҷа душвор хоҳад буд.
Якчанд топологияҳои ректенна барои ба даст овардани ҳосили ягона ва бисёрҷабҳа ё WPT тавассути кам кардани инъикосҳо ва ба ҳадди аксар расонидани интиқоли қувва байни мавҷгир ва росткунҷа пешниҳод карда шуданд. Тасвири 2 сохторҳои топологияҳои рости гузоришшударо нишон медиҳад, ки аз рӯи меъмории мутобиқати импеданси онҳо гурӯҳбандӣ шудаанд. Љадвали 2 намунањои ректеннањои баландсифатро нисбат ба фарохмаљрои нињої (дар ин њолат, FoM) барои њар як категория нишон медињад.
Тасвири 2 Топологияҳои Rectenna аз нуқтаи назари фарохмаҷро ва мутобиқати импеданс. (а) Ректеннаи як-банд бо мавҷгири стандартӣ. (б) Ректеннаи бисёрҷабҳа (аз антеннаҳои сершумори ба ҳам пайвастшуда иборат аст) бо як ислоҳкунанда ва шабакаи мувофиқ дар як банд. (в) Ректеннаи фарохмаҷро бо портҳои сершумори RF ва шабакаҳои алоҳидаи мувофиқ барои ҳар як гурӯҳ. (г) Ректеннаи фарохмаҷро бо мавҷгири фарохмаҷро ва шабакаи мувофиқи фарохмаҷро. (д) Ректеннаи як-банд бо истифода аз мавҷгири аз ҷиҳати барқӣ хурд, ки мустақиман ба росткунҷа мувофиқ аст. (е) Антеннаи якқабата, аз ҷиҳати электрикӣ калон бо муқовимати мураккаб барои пайвастшавӣ бо ислоҳкунанда. (g) Ректеннаи фарохмаҷро бо импеданси мураккаб барои пайвастшавӣ бо ислоҳкунанда дар доираи басомадҳо.
Дар ҳоле ки WPT ва RFEH муҳити атроф аз ғизои бахшидашуда барномаҳои гуногуни ректенна мебошанд, ноил шудан ба мувофиқати ниҳоӣ байни мавҷгир, ислоҳкунанда ва сарборӣ барои ноил шудан ба самаранокии баланди табдили нерӯ (PCE) аз нуқтаи назари фарохмаҷро муҳим аст. Бо вуҷуди ин, ректеннаҳои WPT бештар ба ноил шудан ба мутобиқати омилҳои сифат (поёни S11) барои беҳтар кардани PCE-и як-банд дар сатҳҳои муайяни қудрат (топологияҳои a, e ва f) тамаркуз мекунанд. Маҷрои васеи WPT-и ягонаи WPT иммунитети системаро ба ошкоркунӣ, камбудиҳои истеҳсолӣ ва паразитҳои бастабандӣ беҳтар мекунад. Аз тарафи дигар, ректеннаҳои RFEH ба амалиёти бисёрҷабҳа афзалият медиҳанд ва ба топологияҳои bd ва g тааллуқ доранд, зеро зичии спектри қувваи барқ (PSD)-и як банд одатан камтар аст.
3. Тарҳрезии мавҷгири росткунҷа
1. Ректеннаи басомади ягона
Тарҳрезии мавҷгири як басомади ректенна (топологияи A) асосан ба тарҳи стандартии мавҷгир, ба монанди поляризатсияи хатӣ (LP) ё поляризатсияи даврашакл (CP) дар ҳавопаймои заминӣ, мавҷгири диполӣ ва антеннаи баръакси F асос ёфтааст. Ректеннаи бандҳои дифференсиалӣ ба массиви комбинатсияи DC асос ёфтааст, ки бо агрегатҳои мавҷгири сершумор ё омезиши омехтаи DC ва RF аз якчанд воҳидҳои ямоқи танзим карда шудааст.
Азбаски бисёре аз мавҷгирҳои пешниҳодшуда мавҷгирҳои якбасомад доранд ва ба талаботи WPT-и якбасомад мувофиқат мекунанд, ҳангоми ҷустуҷӯи RFEH-и бисёрбасомади экологӣ, антеннаҳои якбасомади сершумор ба ректеннаҳои бисёрқабата (топологияи В) бо ҷилавгирӣ аз пайвастагии мутақобила ва омезиши мустақили DC пас аз схемаи идоракунии нерӯ барои комилан ҷудо кардани онҳо аз схемаи ба даст овардан ва табдилдиҳии РБ. Ин барои ҳар як банд якчанд схемаҳои идоракунии нерӯро талаб мекунад, ки метавонад самаранокии табдилдиҳандаи пурқувватро коҳиш диҳад, зеро қувваи доимии як банд паст аст.
2. Антеннаҳои бисёрҷанба ва фарохмаҷрои RFEH
RFEH-и экологӣ аксар вақт бо ба даст овардани бисёрҷанбаҳо алоқаманд аст; аз ин рӯ, усулҳои гуногун барои беҳтар кардани фарохмаҷрои тарҳҳои стандартии мавҷгир ва усулҳои ташаккули массивҳои мавҷгири дугона ё банд пешниҳод карда шудаанд. Дар ин бахш, мо тарҳҳои антеннаҳои фармоиширо барои RFEHҳо ва инчунин мавҷгирҳои классикии бисёрҷабҳаро, ки потенсиали ҳамчун ректенна истифода мешаванд, баррасӣ мекунем.
Антеннаҳои монополияи мавҷгири копланарӣ (CPW) нисбат ба мавҷгирҳои патчҳои микрострип дар ҳамон басомад майдони камтарро ишғол мекунанд ва мавҷҳои LP ё CP тавлид мекунанд ва аксар вақт барои росткунҷаҳои фарохмаҷрои муҳити зист истифода мешаванд. Ҳавопаймоҳои инъикос барои баланд бардоштани ҷудошавӣ ва беҳтар кардани фоида истифода мешаванд, ки дар натиҷа намунаҳои радиатсионӣ ба антеннаҳои патч монанд мешаванд. Антеннаҳои мавҷҷӯи копланарӣ барои беҳтар кардани фарохмаҷрои импеданс барои басомадҳои сершумор, ба монанди 1,8-2,7 ГГц ё 1-3 ГГц истифода мешаванд. Антеннаҳои слотӣ ва антеннаҳои патч, ки ба ҳам пайваст мешаванд, инчунин одатан дар тарҳҳои ректеннаҳои бисёрҷабҳа истифода мешаванд. Дар расми 3 баъзе мавҷгирҳои сершумори гузоришшуда нишон дода шудаанд, ки зиёда аз як техникаи такмилдиҳии фарохмаҷро истифода мебаранд.
Расми 3
Мутобиқати муқовимати мавҷгир-Ректификатор
Мутобиқсозии мавҷгири 50Ω ба росткунаки ғайрихаттӣ душвор аст, зеро импеданси вуруди он бо басомад хеле фарқ мекунад. Дар топологияҳои А ва В (Расми 2), шабакаи умумии мувофиқат як бозии LC бо истифода аз унсурҳои ҷамъшуда мебошад; аммо, маҷрои нисбии одатан аз аксари бандҳои муошират пасттар аст. Мутобиқсозии нотаҳои як-банд маъмулан дар басомадҳои печи печи ва миллиметрии зери 6 ГГц истифода мешавад ва ректеннаҳои миллиметрии мавҷи гузоришшуда дорои маҷрои хеле танг мебошанд, зеро фарохмаҷрои PCE-и онҳо бо фишори гармонияи баромад бастагӣ дорад, ки ин онҳоро махсусан барои як-мавҷ мувофиқ мекунад. барномаҳои банд WPT дар 24 ГГц банд белитсензия.
Ректеннаҳо дар топологияҳои C ва D дорои шабакаҳои мураккабтари мувофиқ мебошанд. Шабакаҳои мувофиқи хатти пурра тақсимшуда барои мувофиқати фарохмаҷро бо блоки кӯтоҳи RF/ DC (филтри гузариш) дар бандари баромад ё конденсатори блоки DC ҳамчун роҳи бозгашт барои гармоникаи диод пешниҳод карда шудаанд. Қисмҳои росткунҷаро бо конденсаторҳои байниҳамдигарии тахтаи микросхемаи чопӣ (PCB) иваз кардан мумкин аст, ки бо истифода аз асбобҳои автоматикунонии тарроҳии электронии тиҷоратӣ синтез карда мешаванд. Дигар шабакаҳои мувофиқи рости фарохмаҷрои гузоришшуда унсурҳои ҷамъшударо барои мувофиқат ба басомадҳои пасттар ва унсурҳои тақсимшуда барои эҷоди кӯтоҳи RF дар вуруд муттаҳид мекунанд.
Тағир додани импеданси вуруди тавассути сарборӣ мушоҳидашуда (бо номи техникаи кашидани манбаъ маълум аст) барои тарҳрезии як ислоҳкунандаи фарохмаҷро бо 57% маҷрои нисбии (1,25–2,25 ГГц) ва 10% баландтар PCE дар муқоиса бо схемаҳои ҷамъшуда ё тақсимшуда истифода шудааст. . Гарчанде ки шабакаҳои мувофиқ маъмулан барои мувофиқ кардани мавҷгирҳо дар тамоми маҷрои 50Ω тарҳрезӣ шудаанд, дар адабиёт гузоришҳо мавҷуданд, ки мавҷгирҳои фарохмаҷро ба росткунҷаҳои танг васл карда шудаанд.
Шабакаҳои мувофиқи элементҳои гибридӣ ва тақсимшудаи элементҳо дар топологияҳои C ва D ба таври васеъ истифода мешаванд, бо индукторҳо ва конденсаторҳо элементҳои маъмултарин истифода мешаванд. Инҳо аз сохторҳои мураккаб ба монанди конденсаторҳои байниҳамдигарӣ канорагирӣ мекунанд, ки нисбат ба хатҳои микрострипҳои стандартӣ моделсозӣ ва истеҳсоли дақиқтарро талаб мекунанд.
Қувваи вуруд ба росткунҷа ба муқовимати вуруд аз сабаби ғайрихаттӣ будани диод таъсир мерасонад. Аз ин рӯ, ректенна барои ҳадди аксар расонидани PCE барои сатҳи муайяни қувваи вуруд ва импеданси сарборӣ тарҳрезӣ шудааст. Азбаски диодҳо асосан импеданси баланди иқтидорро дар басомадҳои аз 3 ГГц камтар доранд, ректеннаҳои фарохмаҷро, ки шабакаҳои мувофиқро нест мекунанд ё схемаҳои соддакардашудаи мувофиқро кам мекунанд, ба басомадҳои Prf>0 dBm ва болотар аз 1 ГГц тамаркуз карда шудаанд, зеро диодҳо импеданси пасти иқтидор доранд ва метавонанд бо онҳо мувофиқ бошанд. ба мавҷгири, ба ин васила канорагирӣ аз тарҳрезии мавҷгирҳои дорои реаксияҳои вуруд > 1,000Ω.
Мутобиқати импеданси мутобиқшаванда ё аз нав танзимшаванда дар ректеннаҳои CMOS дида шудааст, ки дар он шабакаи мувофиқ аз банкаҳои конденсаторҳои чип ва индукторҳо иборат аст. Шабакаҳои мувофиқи статикии CMOS инчунин барои мавҷгирҳои стандартии 50Ω ва инчунин мавҷгирҳои ҳалқаи муштарак тарҳрезӣ шудаанд. Гузориш шудааст, ки детекторҳои ғайрифаъоли CMOS барои идоракунии коммутаторҳо истифода мешаванд, ки баромади мавҷгириро ба росткунакҳои гуногун ва шабакаҳои мувофиқ вобаста ба қувваи мавҷуда равона мекунанд. Шабакаи мувофиқи аз нав танзимшаванда бо истифода аз конденсаторҳои танзимшаванда пешниҳод карда шудааст, ки он тавассути танзими дақиқ ҳангоми чен кардани импеданси вуруд бо истифода аз анализатори шабакаи векторӣ танзим карда мешавад. Дар шабакаҳои мувофиқи микрострипҳои аз нав танзимшаванда, коммутаторҳои транзистори эффекти саҳроӣ барои танзими нотаҳои мувофиқ барои ноил шудан ба хусусиятҳои дугона истифода шудаанд.
Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи антеннаҳо, лутфан боздид кунед:
Вақти фиристодан: 09-09-2024
