Тарроҳии муштараки антенна-ректификатор
Хусусияти ректеннаҳое, ки аз рӯи топологияи EG дар расми 2 амал мекунанд, дар он аст, ки антенна мустақиман ба ректификатор мувофиқ карда мешавад, на ба стандарти 50Ω, ки барои фаъол кардани ректификатор схемаи мувофиқро кам кардан ё нест карданро талаб мекунад. Дар ин бахш бартариҳои ректеннаҳои SoA бо антеннаҳои ғайри 50Ω ва ректеннаҳо бидуни шабакаҳои мувофиқ баррасӣ мешаванд.
1. Антеннаҳои аз ҷиҳати барқӣ хурд
Антеннаҳои ҳалқавии резонансии LC дар барномаҳое васеъ истифода мешаванд, ки андозаи система муҳим аст. Дар басомадҳои камтар аз 1 ГГц, дарозии мавҷ метавонад боиси он гардад, ки антеннаҳои стандартии тақсимшуда нисбат ба андозаи умумии система фазои бештарро ишғол кунанд ва барномаҳо ба монанди трансиверҳои пурра ҳамгирошуда барои имплантатҳои бадан махсусан аз истифодаи антеннаҳои барқии хурд барои WPT фоида мебаранд.
Импеданси баланди индуктивии антеннаи хурд (наздик резонанс) метавонад барои пайваст кардани мустақими росткунак ё бо шабакаи мувофиқкунии иловагии иқтидори дохили чип истифода шавад. Антеннаҳои аз ҷиҳати барқӣ хурд дар WPT бо LP ва CP дар зери 1 ГГц бо истифода аз антеннаҳои диполии Гюйгенс бо ka=0.645, дар ҳоле ки ka=5.91 дар диполҳои муқаррарӣ (ka=2πr/λ0) гузориш дода шудаанд.
2. Антеннаи пайвасткунандаи росткунак
Импеданси маъмулии вуруди диод хеле сиғимдор аст, аз ин рӯ, барои ба даст овардани импеданси конъюгатӣ антеннаи индуктивӣ лозим аст. Аз сабаби импеданси сиғимии чип, антеннаҳои индуктивии импеданси баланд дар барчаспҳои RFID васеъ истифода мешаванд. Антеннаҳои диполӣ ба наздикӣ ба як тамоюл дар антеннаҳои RFID импеданси мураккаб табдил ёфтаанд ва дар наздикии басомади резонансии худ импеданси баланд (муқовимат ва реаксия) нишон медиҳанд.
Антеннаҳои диполии индуктивӣ барои мувофиқ кардани иқтидори баланди росткунак дар диапазони басомади мавриди таваҷҷӯҳ истифода шудаанд. Дар антеннаи диполии печонидашуда, хати кӯтоҳи дугона (печонидани дипол) ҳамчун трансформатори импеданс амал мекунад, ки имкон медиҳад антеннаи импеданси хеле баланд тарҳрезӣ карда шавад. Интихобан, ғизодиҳии таассубӣ барои афзоиши реактиви индуктивӣ ва инчунин импеданси воқеӣ масъул аст. Якҷоя кардани унсурҳои диполии сершумори таассубӣ бо нӯгҳои радиалии нобаробар бо галстуки камоншакл як антеннаи дугонаи баланди импедансро ташкил медиҳад. Расми 4 баъзе антеннаҳои гузоришшудаи пайвасткунандаи росткунакро нишон медиҳад.
Расми 4
Хусусиятҳои радиатсия дар RFEH ва WPT
Дар модели Friis, қувваи PRX, ки аз ҷониби антенна дар масофаи d аз интиқолдиҳанда қабул карда мешавад, функсияи мустақими афзоиши қабулкунанда ва интиқолдиҳанда (GRX, GTX) мебошад.
Самти асосии антенна ва поляризатсияи он мустақиман ба миқдори қуввае, ки аз мавҷи афтанда ҷамъоварӣ мешавад, таъсир мерасонад. Хусусиятҳои радиатсияи антенна параметрҳои калидӣ мебошанд, ки байни RFEH муҳити атроф ва WPT фарқ мегузоранд (Расми 5). Дар ҳоле ки дар ҳарду барнома муҳити паҳншавӣ метавонад номаълум бошад ва таъсири он ба мавҷи қабулшуда бояд ба назар гирифта шавад, дониши антеннаи интиқолдиҳандаро истифода бурдан мумкин аст. Ҷадвали 3 параметрҳои калидии дар ин бахш баррасӣшуда ва татбиқи онҳоро барои RFEH ва WPT нишон медиҳад.
Расми 5
1. Самтгирӣ ва фоида
Дар аксари барномаҳои RFEH ва WPT, чунин фарз карда мешавад, ки коллектор самти радиатсияи афтандаро намедонад ва роҳи хати дид (LoS) вуҷуд надорад. Дар ин кор, тарҳҳо ва ҷойгиркунии антеннаҳои сершумор барои ба ҳадди аксар расонидани қувваи қабулшуда аз манбаи номаълум, новобаста аз ҳамоҳангии порчаи асосӣ байни интиқолдиҳанда ва қабулкунанда, таҳқиқ карда шудаанд.
Антеннаҳои бисёрсамтӣ дар ректеннаҳои муҳити зисти RFEH васеъ истифода мешаванд. Дар адабиёт, PSD вобаста ба самти антенна фарқ мекунад. Аммо, тағирёбии қудрат шарҳ дода нашудааст, аз ин рӯ муайян кардан ғайриимкон аст, ки оё ин тағирот аз сабаби намунаи радиатсияи антенна аст ё аз сабаби номувофиқатии поляризатсия.
Илова бар барномаҳои RFH, антеннаҳо ва массивҳои самтии баландсифат барои WPT-и микроволновка барои беҳтар кардани самаранокии ҷамъоварӣ аз зичии пасти қувваи RF ё бартараф кардани талафоти паҳншавӣ ба таври васеъ гузориш дода шудаанд. Массивҳои ректеннаи Яги-Уда, массивҳои бофташуда, массивҳои спиралӣ, массивҳои зич пайвастшудаи Вивалди, массивҳои CPW CP ва массивҳои часпак аз ҷумлаи татбиқи ректеннаҳои миқёспазир мебошанд, ки метавонанд зичии қувваи афтиданро дар минтақаи муайян ба ҳадди аксар расонанд. Роҳҳои дигари беҳтар кардани афзоиши антенна технологияи мавҷгири ҳамгирошудаи субстратӣ (SIW) дар бандҳои мавҷҳои микроволновка ва миллиметрӣ, ки ба WPT хосанд, дар бар мегиранд. Бо вуҷуди ин, ректеннаҳои баландсифат бо паҳнои танг тавсиф мешаванд, ки қабули мавҷҳоро дар самтҳои ихтиёрӣ ғайрисамаранок мегардонанд. Таҳқиқот дар бораи шумораи унсурҳо ва портҳои антенна ба хулосае омаданд, ки самти баландтар ба қувваи баландтари ҷамъовардашуда дар RFH-и муҳити атроф бо назардошти пайдоиши ихтиёрии сеченака мувофиқат намекунад; ин бо андозагириҳои саҳроӣ дар муҳити шаҳрӣ тасдиқ карда шуд. Массивҳои баландсифат метавонанд ба барномаҳои WPT маҳдуд карда шаванд.
Барои интиқоли бартариҳои антеннаҳои баландсифат ба RFEH-ҳои тасодуфӣ, роҳҳои ҳалли бастабандӣ ё тарҳбандӣ барои ҳалли мушкилоти самтгирӣ истифода мешаванд. Дастбанди антеннаи дугона барои ҷамъоварии энергия аз RFEH-ҳои Wi-Fi дар ду самт пешниҳод карда мешавад. Антеннаҳои мобилии RFEH-и атроф низ ҳамчун қуттиҳои 3D тарҳрезӣ шудаанд ва ба сатҳҳои беруна чоп ё часпонида мешаванд, то майдони системаро кам кунанд ва ҷамъоварии бисёрсамтаро имконпазир созанд. Сохторҳои росттеннаи мукаабӣ эҳтимолияти баланди қабули энергияро дар RFEH-ҳои атроф нишон медиҳанд.
Барои беҳтар кардани WPT дар массивҳои 2.4 ГГц, 4 × 1, тарҳи антенна барои афзоиши паҳнои шуоъ такмил дода шуд, аз ҷумла унсурҳои ёрирасони патчи паразитӣ. Барои беҳтар кардани WPT дар массивҳои 2.4 ГГц, 4 × 1, антеннаи шабакавии 6 ГГц низ пешниҳод карда шуд, ки дар он шуоъҳои сершумор дар як порт нишон дода мешаванд. Ректеннаҳои сатҳи бисёрпортӣ, бисёрректификаторӣ ва антеннаҳои ҷамъоварии энергия бо намунаҳои радиатсияи ҳамаҷониба барои RFEH бисёрсамтӣ ва бисёрқутбӣ пешниҳод карда шуданд. Ректификаторҳои бисёрпортӣ бо матритсаҳои ташаккулёбандаи шуоъ ва массивҳои антеннаи бисёрпортӣ низ барои ҷамъоварии энергияи баландфоида ва бисёрсамтӣ пешниҳод карда шуданд.
Хулоса, дар ҳоле ки антеннаҳои баландсифат барои беҳтар кардани қувваи ҷамъовардашуда аз зичии пасти RF бартарӣ доранд, қабулкунакҳои баландсамтӣ метавонанд дар барномаҳое, ки самти интиқолдиҳанда номаълум аст (масалан, RFEH муҳити атроф ё WPT тавассути каналҳои паҳншавии номаълум), беҳтарин набошанд. Дар ин кор, барои WPT ва RFEH бисёрсамтӣ равишҳои сершумори бисёршуоъ пешниҳод карда мешаванд.
2. Поляризатсияи антенна
Поляризатсияи антенна ҳаракати вектори майдони электрикиро нисбат ба самти паҳншавии антенна тавсиф мекунад. Номувофиқатии поляризатсия метавонад ба коҳиши интиқол/қабул байни антеннаҳо оварда расонад, ҳатто вақте ки самтҳои асосии лоба мувофиқ бошанд. Масалан, агар антеннаи амудии LP барои интиқол ва антеннаи уфуқии LP барои қабул истифода шавад, ҳеҷ гуна қувва қабул карда намешавад. Дар ин бахш, усулҳои гузоришшуда барои ба ҳадди аксар расонидани самаранокии қабули бесим ва пешгирӣ аз талафоти номувофиқатии поляризатсия баррасӣ мешаванд. Хулосаи меъмории пешниҳодшудаи ректенна нисбат ба поляризатсия дар расми 6 ва мисоли SoA дар ҷадвали 4 оварда шудааст.
Расми 6
Дар алоқаи мобилӣ, ба даст овардани ҳамоҳангсозии қутбсозии хаттӣ байни истгоҳҳои пойгоҳӣ ва телефонҳои мобилӣ эҳтимолан кам аст, аз ин рӯ, антеннаҳои истгоҳҳои пойгоҳӣ барои пешгирӣ аз талафоти номувофиқатии қутбсозӣ дуқутбӣ ё бисёрқутбӣ тарҳрезӣ шудаанд. Аммо, тағирёбии қутбсозии мавҷҳои LP аз сабаби таъсири бисёрпайвастагӣ мушкили ҳалношуда боқӣ мемонад. Бар асоси фарзияи истгоҳҳои пойгоҳҳои мобилии бисёрқутбӣ, антеннаҳои RFEH мобилӣ ҳамчун антеннаҳои LP тарҳрезӣ шудаанд.
Ректеннаҳои CP асосан дар WPT истифода мешаванд, зеро онҳо ба номувофиқатӣ нисбатан тобоваранд. Антеннаҳои CP қодиранд, ки радиатсияи CP-ро бо ҳамон самти гардиш (CP-и чапдаст ё ростдаст) илова бар ҳама мавҷҳои LP бидуни талафоти қувва қабул кунанд. Дар ҳар сурат, антеннаи CP интиқол медиҳад ва антеннаи LP бо талафоти 3 дБ (талафоти 50% қувва) қабул мекунад. Гузориш дода мешавад, ки ректеннаҳои CP барои бандҳои саноатӣ, илмӣ ва тиббӣ, инчунин мавҷҳои миллиметрӣ мувофиқанд. Дар RFEH мавҷҳои худсарона қутбдоршуда, гуногунии қутбсозӣ як роҳи ҳалли эҳтимолии талафоти номувофиқатии қутбсозӣ мебошад.
Поляризатсияи пурра, ки бо номи бисёрполяризатсия низ маълум аст, барои пурра бартараф кардани талафоти номувофиқати поляризатсия пешниҳод шудааст, ки имкон медиҳад ҳам мавҷҳои CP ва ҳам мавҷҳои LP ҷамъ карда шаванд, ки дар он ду унсури ортогоналии дуполяризатсияшудаи LP ҳама мавҷҳои LP ва CP-ро самаранок қабул мекунанд. Барои нишон додани ин, шиддатҳои холиси амудӣ ва уфуқӣ (VV ва VH) новобаста аз кунҷи поляризатсия доимӣ боқӣ мемонанд:
Майдони электрикии мавҷи электромагнитии CP «E», ки дар он қувва ду маротиба (як маротиба барои як воҳид) ҷамъоварӣ карда мешавад, бо ин васила ҷузъи CP-ро пурра қабул мекунад ва талафоти номувофиқати поляризатсияи 3 дБ-ро бартараф мекунад:
Ниҳоят, тавассути комбинатсияи ҷараёни доимӣ, мавҷҳои афтиши поляризатсияи ихтиёрӣ метавонанд қабул карда шаванд. Расми 7 геометрияи ректеннаи пурра поляризатсияшудаи гузоришшударо нишон медиҳад.
Расми 7
Хулоса, дар барномаҳои WPT бо манбаъҳои барқи махсус, CP бартарӣ дорад, зеро он самаранокии WPT-ро новобаста аз кунҷи поляризатсияи антенна беҳтар мекунад. Аз тарафи дигар, дар гирифтани бисёрманбаъ, махсусан аз манбаъҳои атроф, антеннаҳои пурра поляризатсияшуда метавонанд ба қабули умумии беҳтар ва интиқоли ҳадди аксар ноил шаванд; барои муттаҳид кардани қувваи пурра поляризатсияшуда дар RF ё DC меъмории бисёрпортӣ/бисёр росткунҷа лозим аст.
Хулоса
Дар ин мақола пешрафтҳои ахир дар тарҳрезии антенна барои RFH ва WPT баррасӣ мешаванд ва таснифоти стандартии тарҳрезии антенна барои RFH ва WPT пешниҳод карда мешавад, ки дар адабиёти қаблӣ пешниҳод нашуда буд. Се талаботи асосии антенна барои ноил шудан ба самаранокии баланди RF ба DC чунин муайян карда шудаанд:
1. Паҳнои банди импеданси росткунаки антенна барои диапазонҳои RFEH ва WPT, ки мавриди таваҷҷӯҳ қарор доранд;
2. Ҳамоҳангсозии қисмати асосӣ байни интиқолдиҳанда ва қабулкунанда дар WPT аз фиди махсус;
3. Мутобиқати поляризатсия байни росттенна ва мавҷи афтанда новобаста аз кунҷ ва мавқеъ.
Бар асоси импеданс, ректеннаҳо ба ректеннаҳои конъюгатии 50Ω ва росткунҷаи конъюгатсионӣ тақсим карда мешаванд ва диққати асосӣ ба мувофиқати импеданс байни бандҳо ва борҳои гуногун ва самаранокии ҳар як усули мувофиқкунӣ равона карда мешавад.
Хусусиятҳои радиатсионии ректеннаҳои SoA аз нигоҳи самтгирӣ ва поляризатсия баррасӣ шудаанд. Усулҳои беҳтар кардани афзоиш тавассути ташаккули шуоъ ва бастабандӣ барои бартараф кардани паҳнои танг баррасӣ шудаанд. Дар ниҳоят, ректеннаҳои CP барои WPT, дар баробари татбиқҳои гуногун барои ба даст овардани қабули мустақил аз поляризатсия барои WPT ва RFEH баррасӣ карда мешаванд.
Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи антеннаҳо, лутфан ба ин ҷо муроҷиат кунед:
Вақти нашр: 16 августи соли 2024
