Антен-Шулуутгагч хамтарсан дизайн
Зураг 2-т үзүүлсэн EG топологийг дагадаг ректеннуудын онцлог шинж чанар нь антенн нь 50Ω стандартын оронд шулуутгагчтай шууд таардаг бөгөөд энэ нь шулуутгагчийг тэжээхийн тулд тохирох хэлхээг багасгах эсвэл арилгахыг шаарддаг. Энэ хэсэгт 50Ω бус антеннтай SoA ректенн болон тохирох сүлжээгүй ректеннүүдийн давуу талуудыг авч үзнэ.
1. Цахилгааны хувьд жижиг антеннууд
LC резонансын цагираг антеннуудыг системийн хэмжээ чухал ач холбогдолтой хэрэглээнд өргөн ашиглаж ирсэн. 1 GHz-ээс доош давтамжтай үед долгионы урт нь стандарт тархсан элементийн антеннуудыг системийн нийт хэмжээнээс илүү их зай эзлэхэд хүргэж болзошгүй бөгөөд биеийн суулгацад зориулсан бүрэн нэгдсэн дамжуулагч зэрэг хэрэглээнд WPT-д зориулж цахилгаан жижиг антенн ашиглах нь онцгой давуу талтай.
Жижиг антенны өндөр индуктив эсэргүүцэл (ойролцоо резонанс)-ийг шулуутгагчийг шууд холбох эсвэл чип дээрх нэмэлт багтаамжийн тохируулгын сүлжээтэй холбоход ашиглаж болно. Хюйгенсийн диполь антенн ашиглан 1 GHz-ээс доош LP болон CP-тэй WPT-д ka=0.645, харин хэвийн дипольд ka=5.91 (ka=2πr/λ0) гэсэн цахилгааны хувьд жижиг антеннуудыг мэдээлсэн.
2. Шулуутгагч холбогч антенн
Диодын ердийн оролтын эсэргүүцэл нь өндөр багтаамжтай тул коньюгат эсэргүүцэлд хүрэхийн тулд индуктив антенн шаардлагатай. Чипийн багтаамжийн эсэргүүцлийн улмаас өндөр эсэргүүцэлтэй индуктив антеннуудыг RFID шошгонд өргөн ашигладаг болсон. Диполь антенн нь сүүлийн үед нарийн төвөгтэй эсэргүүцэлтэй RFID антеннуудын чиг хандлага болж, резонансын давтамжийн ойролцоо өндөр эсэргүүцэл (эсэргүүцэл ба реактив чанар) үзүүлдэг.
Сонирхож буй давтамжийн зурваст Шулуутгагчийн өндөр багтаамжийг тохируулахын тулд индуктив дипол антеннуудыг ашигласан. Нугалсан дипол антеннд давхар богино шугам (диполийн нугалалт) нь импеданс трансформаторын үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь маш өндөр импеданстай антенныг зохион бүтээх боломжийг олгодог. Эсвэл хэвийсэн тэжээл нь индуктив реактив чанар болон бодит импедансыг нэмэгдүүлэх үүрэгтэй. Олон хэвийсэн дипол элементүүдийг тэнцвэргүй нум зангиатай радиаль хадаастай хослуулснаар хос өргөн зурвасын өндөр импеданстай антенн үүсдэг. Зураг 4-т зарим мэдээлэгдсэн Шулуутгагчтай коньюгат антеннуудыг харуулав.
Зураг 4
RFEH болон WPT-ийн цацрагийн шинж чанарууд
Фриис загварт дамжуулагчаас d зайд антеннаар хүлээн авсан PRX чадал нь хүлээн авагч болон дамжуулагчийн олшруулалтын (GRX, GTX) шууд функц юм.
Антенны гол дэлбээний чиглэл ба туйлшрал нь туссан долгионоос цуглуулсан чадлын хэмжээнд шууд нөлөөлдөг. Антенны цацрагийн шинж чанарууд нь орчны RFH болон WPT-г ялгадаг гол параметрүүд юм (Зураг 5). Хоёр хэрэглээнд тархалтын орчин тодорхойгүй байж болох бөгөөд хүлээн авсан долгионд үзүүлэх нөлөөллийг харгалзан үзэх шаардлагатай боловч дамжуулагч антенны талаарх мэдлэгийг ашиглаж болно. Хүснэгт 3-т энэ хэсэгт хэлэлцсэн гол параметрүүд болон тэдгээрийн RFH болон WPT-д хамаарах байдлыг харуулав.
Зураг 5
1. Чиглэл ба ашиг тус
RFEH болон WPT-ийн ихэнх хэрэглээнд коллектор нь тусах цацрагийн чиглэлийг мэдэхгүй бөгөөд харагдах шугам (LoS) зам байхгүй гэж үздэг. Энэхүү ажилд дамжуулагч болон хүлээн авагчийн хоорондох гол дэлбээний уялдаа холбооноос үл хамааран үл мэдэгдэх эх үүсвэрээс хүлээн авсан чадлыг хамгийн их байлгахын тулд олон антенны загвар, байршлыг судалсан.
Олон чиглэлт антеннуудыг хүрээлэн буй орчны RFEH шулуун гэдсүүдэд өргөн ашиглаж ирсэн. Уран зохиолд PSD нь антенны чиглэлээс хамааран өөр өөр байдаг. Гэсэн хэдий ч чадлын хэлбэлзлийг тайлбарлаагүй тул энэ хэлбэлзэл нь антенны цацрагийн хэв маягаас үүдэлтэй юу эсвэл туйлшралын зөрүүнээс үүдэлтэй юу гэдгийг тодорхойлох боломжгүй юм.
RFH хэрэглээнээс гадна бага RF чадлын нягтралын цуглуулгын үр ашгийг сайжруулах эсвэл тархалтын алдагдлыг даван туулахын тулд богино долгионы WPT-д өндөр ашигт чиглэлтэй антенн болон массивуудыг өргөнөөр мэдээлсэн. Яги-Уда ректенна массив, эрвээхэй хэлбэртэй массив, спираль массив, нягт холбогдсон Вивалди массив, CPW CP массив, нөхөөс массив нь тодорхой талбайд тусах чадлын нягтралыг хамгийн их байлгах боломжтой өргөтгөх боломжтой ректеннагийн хэрэгжилтийн нэг хэсэг юм. Антенны ашигт ажиллагааг сайжруулах бусад аргуудад WPT-д өвөрмөц богино долгионы болон миллиметрийн долгионы зурвас дахь субстратын нэгдсэн долгион хөтлүүр (SIW) технологи орно. Гэсэн хэдий ч өндөр ашигт ректенн нь нарийн цацрагийн өргөнөөр тодорхойлогддог тул дурын чиглэлд долгион хүлээн авах нь үр ашиггүй болдог. Антенны элемент болон портуудын тоог судалснаар гурван хэмжээст дурын тусгалыг харгалзан үзвэл өндөр чиглэлт чанар нь орчны RFH-д өндөр хураах чадалтай тохирохгүй гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн; үүнийг хотын орчинд хээрийн хэмжилтээр баталгаажуулсан. Өндөр ашигт массивыг WPT хэрэглээнд хязгаарлаж болно.
Өндөр ашигт антенны давуу талыг дурын RFH-д шилжүүлэхийн тулд чиглүүлэлтийн асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд сав баглаа боодол эсвэл зохион байгуулалтын шийдлүүдийг ашигладаг. Хоёр чиглэлтэй антенны бугуйвчийг орчны Wi-Fi RFH-ээс хоёр чиглэлд энерги цуглуулахаар санал болгож байна. Орчны үүрэн холбооны RFH антеннуудыг мөн 3D хайрцаг хэлбэрээр зохион бүтээж, системийн талбайг багасгаж, олон чиглэлт цуглуулах боломжийг олгохын тулд гадаад гадаргуу дээр хэвлэх эсвэл наалддаг. Куб ректенна бүтэц нь орчны RFH-д энерги хүлээн авах магадлал өндөр байгааг харуулдаг.
2.4 GHz, 4 × 1 массивт WPT-г сайжруулахын тулд туслах паразит нөхөөс элементүүдийг оролцуулан цацрагийн өргөнийг нэмэгдүүлэх антенны дизайны сайжруулалтыг хийсэн. Мөн олон цацрагийн бүс бүхий 6 GHz торон антенныг санал болгосон бөгөөд энэ нь порт бүрт олон цацрагийг харуулсан. Олон чиглэлтэй, олон шулуутгагч гадаргуугийн шулуун гэдсүүд болон бүх чиглэлтэй цацрагийн хэв маягтай энерги цуглуулах антеннуудыг олон чиглэлтэй болон олон туйлширсан RFEH-д санал болгосон. Мөн өндөр ашиг, олон чиглэлтэй энерги цуглуулах зориулалттай цацраг үүсгэдэг матрицтай олон шулуутгагч болон олон порттой антенны массивуудыг санал болгосон.
Дүгнэж хэлэхэд, бага RF нягтралаас гаргаж авсан чадлыг сайжруулахын тулд өндөр олшруулагчтай антеннуудыг илүүд үздэг боловч өндөр чиглэлтэй хүлээн авагч нь дамжуулагчийн чиглэл тодорхойгүй хэрэглээнд (жишээлбэл, орчны RFH эсвэл тодорхойгүй тархалтын сувгаар дамжин өнгөрдөг WPT) тохиромжтой биш байж магадгүй юм. Энэхүү ажилд олон чиглэлтэй өндөр олшруулагчтай WPT болон RFH-д зориулсан олон цацрагийн аргыг санал болгож байна.
2. Антенны туйлшрал
Антенны туйлшрал нь цахилгаан орны векторын антенны тархалтын чиглэлтэй харьцуулахад хөдөлгөөнийг тодорхойлдог. Туйлшралын зөрүү нь гол дэлбээний чиглэлүүд зэрэгцсэн байсан ч антеннуудын хоорондох дамжуулалт/хүлээн авалтыг бууруулахад хүргэдэг. Жишээлбэл, хэрэв дамжуулахад босоо LP антенн, хүлээн авахад хэвтээ LP антенн ашиглавал цахилгаан хүлээн авахгүй. Энэ хэсэгт утасгүй хүлээн авах үр ашгийг хамгийн их байлгах, туйлшралын зөрүүний алдагдлаас зайлсхийх аргуудыг авч үзсэн болно. Туйлшралын талаарх санал болгож буй ректенна архитектурын хураангуйг Зураг 6-д, SoA-ийн жишээг Хүснэгт 4-т үзүүлэв.
Зураг 6
Үүрэн холбооны хувьд суурь станцууд болон гар утасны хооронд шугаман туйлшралын уялдаа холбоог хангах магадлал багатай тул суурь станцын антеннуудыг туйлшралын зөрүү алдагдлаас зайлсхийхийн тулд хос туйлшралтай эсвэл олон туйлшралтай байхаар зохион бүтээсэн. Гэсэн хэдий ч олон замын нөлөөллөөс үүдэлтэй LP долгионы туйлшралын хэлбэлзэл нь шийдэгдээгүй асуудал хэвээр байна. Олон туйлшралтай хөдөлгөөнт суурь станцуудын таамаглал дээр үндэслэн үүрэн холбооны RFEH антеннуудыг LP антенн болгон зохион бүтээсэн.
CP ректеннуудыг WPT-д голчлон ашигладаг, учир нь тэдгээр нь тохиромжгүй байдалд харьцангуй тэсвэртэй байдаг. CP антеннууд нь бүх LP долгионоос гадна ижил эргэлтийн чиглэлтэй (зүүн гартай эсвэл баруун гартай CP) CP цацрагийг цахилгаан алдагдалгүйгээр хүлээн авах чадвартай. Ямар ч тохиолдолд CP антенн дамжуулж, LP антенн нь 3 дБ алдагдалтай (50% цахилгаан алдагдал) хүлээн авдаг. CP ректеннуудыг 900 MHz болон 2.4 GHz болон 5.8 GHz аж үйлдвэрийн, шинжлэх ухааны, эмнэлгийн зурвасууд, мөн миллиметрийн долгионуудад тохиромжтой гэж мэдээлсэн. Дурын туйлширсан долгионы RFH-д туйлшралын олон янз байдал нь туйлшралын тохиромжгүй байдлын алдагдлыг шийдвэрлэх боломжит шийдлийг илэрхийлдэг.
Бүрэн туйлшрал буюу олон туйлшрал гэж нэрлэгддэг туйлшралын зөрүүний алдагдлыг бүрэн даван туулах, CP болон LP долгионуудыг хоёуланг нь цуглуулах боломжийг олгохыг санал болгосон бөгөөд хоёр хос туйлширсан ортогональ LP элементүүд нь бүх LP болон CP долгионыг үр дүнтэй хүлээн авдаг. Үүнийг харуулахын тулд босоо болон хэвтээ цэвэр хүчдэл (VV ба VH) нь туйлшралын өнцгөөс үл хамааран тогтмол хэвээр байна:
CP цахилгаан соронзон долгионы “E” цахилгаан орон, үүнд хүчийг хоёр удаа (нэгж тутамд нэг удаа) цуглуулж, улмаар CP бүрэлдэхүүн хэсгийг бүрэн хүлээн авч, 3 дБ туйлшралын зөрүүний алдагдлыг даван туулдаг:
Эцэст нь, тогтмол гүйдлийн хослолоор дамжуулан дурын туйлшралын тусах долгионыг хүлээн авч болно. Зураг 7-д мэдээлэгдсэн бүрэн туйлширсан ректэнийн геометрийг харуулав.
Зураг 7
Товчхондоо, зориулалтын цахилгаан хангамжтай WPT програмуудад CP нь антенны туйлшралын өнцгөөс үл хамааран WPT-ийн үр ашгийг сайжруулдаг тул илүүд үздэг. Нөгөөтэйгүүр, олон эх үүсвэрийн олборлолтод, ялангуяа орчны эх үүсвэрээс бүрэн туйлширсан антеннууд нь нийт хүлээн авалт болон хамгийн их зөөврийн байдлыг сайжруулж чаддаг; RF эсвэл DC дээр бүрэн туйлширсан хүчийг нэгтгэхийн тулд олон порттой/олон шулуутгагч архитектур шаардлагатай.
Хураангуй
Энэхүү өгүүлэлд RFEH болон WPT-ийн антенны дизайны сүүлийн үеийн дэвшлийг тоймлон авч үзэж, өмнөх уран зохиолд санал болгоогүй RFEH болон WPT-ийн антенны дизайны стандарт ангиллыг санал болгож байна. RF-ээс DC-ийн өндөр үр ашгийг хангахын тулд антенны гурван үндсэн шаардлагыг тодорхойлсон болно:
1. Сонирхож буй RFEH болон WPT зурвасуудад зориулсан антенны шулуутгагчийн импедансын зурвасын өргөн;
2. Зориулалтын тэжээлээс WPT-д дамжуулагч ба хүлээн авагчийн хоорондох гол дэлбээний уялдаа холбоо;
3. Өнцөг болон байрлалаас үл хамааран ректенна ба тусах долгионы хоорондох туйлшралын тохируулга.
Импеданс дээр үндэслэн ректеннуудыг 50Ω ба Шулуутгагчтай коньюгат ректенн гэж ангилдаг бөгөөд өөр өөр зурвас ба ачааллын хоорондох импедансын тохируулга болон тохируулах арга бүрийн үр ашигт анхаарлаа хандуулдаг.
SoA ректеннуудын цацрагийн шинж чанарыг чиглэл ба туйлшралын үүднээс авч үзсэн. Нарийн цацрагийн өргөнийг даван туулахын тулд цацраг үүсгэх болон савлах замаар олшруулалтыг сайжруулах аргуудыг авч үзсэн. Эцэст нь WPT-д зориулсан CP ректеннуудыг WPT болон RFEH-д туйлшралаас хамааралгүй хүлээн авахад хүрэх янз бүрийн хэрэгжилтийн хамт авч үзсэн.
Антенны талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл дараах хаягаар зочилно уу.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 8-р сарын 16
