Антен-шулуутгагч хамтарсан загвар
Зураг 2-т үзүүлсэн EG топологийг дагаж мөрддөг rectennas-ийн онцлог нь антенн нь 50Ω стандартаас илүүтэй шууд Шулуутгагчтай таарч байгаа бөгөөд энэ нь Шулуутгагчийг тэжээхийн тулд тохирох хэлхээг багасгах эсвэл хасах шаардлагатай болдог. Энэ хэсэгт 50Ω-гүй антентай SoA rectennas болон тохирох сүлжээгүй шулуун теннүүдийн давуу талыг авч үзнэ.
1. Цахилгааны жижиг антеннууд
LC резонансын цагираг антеннуудыг системийн хэмжээ чухал байдаг хэрэглээнд өргөн ашигладаг. 1 ГГц-ээс доош давтамжтай үед долгионы урт нь стандарт тархсан элементийн антеннуудад системийн нийт хэмжээнээс илүү зай эзэлдэг бөгөөд биеийн суулгацын бүрэн нэгдсэн дамжуулагч гэх мэт програмууд нь WPT-д зориулсан цахилгаан жижиг антеннуудыг ашиглах нь ялангуяа ашигтай байдаг.
Жижиг антенны өндөр индуктив эсэргүүцэл (резонанстай ойролцоо) нь Шулуутгагчийг шууд холбох эсвэл нэмэлт чип дээрх багтаамжтай тохирох сүлжээнд ашиглах боломжтой. Хюйгенс диполь антеныг ашиглан LP болон CP-ээс бага давтамжтай WPT-д цахилгааны жижиг антеннуудын тухай мэдээлсэн бөгөөд ка=0.645, харин энгийн дипольд (ka=2πr/λ0) ka=5.91 байна.
2. Шулуутгагч коньюгат антенн
Диодын ердийн оролтын эсэргүүцэл нь өндөр багтаамжтай тул коньюгат импедант хүрэхийн тулд индуктив антен шаардагдана. Чипийн багтаамжийн эсэргүүцлийн улмаас өндөр эсэргүүцэлтэй индуктив антеннуудыг RFID шошгонд өргөн ашигладаг. Диполь антеннууд нь сүүлийн үед резонанс давтамжийн ойролцоо өндөр эсэргүүцэл (эсэргүүцэл ба урвал) харуулдаг нарийн төвөгтэй RFID антеннуудын чиг хандлага болж байна.
Сонирхсон давтамжийн зурвас дахь Шулуутгагчийн өндөр багтаамжтай тааруулахын тулд индуктив диполь антеннуудыг ашигласан. Эвхэгдсэн диполь антенн дээр давхар богино шугам (диполь нугалах) нь эсэргүүцлийн трансформаторын үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь маш өндөр эсэргүүцэлтэй антенны дизайн хийх боломжийг олгодог. Өөрөөр хэлбэл, хэвийсэн тэжээл нь индуктив урвал болон бодит эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх үүрэгтэй. Олон хэвийсэн диполь элементүүдийг тэнцвэргүй эрвээхэй зангиа радиаль шонтой хослуулснаар хос өргөн зурвасын өндөр эсэргүүцэлтэй антен бий болно. Зураг 4-т мэдээлэгдсэн зарим Шулуутгагч коньюгат антеннуудыг харуулав.
Зураг 4
RFEH ба WPT дахь цацрагийн шинж чанар
Friis загварт дамжуулагчаас d зайд антенаар хүлээн авсан цахилгаан PRX нь хүлээн авагч ба дамжуулагчийн ашиг (GRX, GTX) шууд функц юм.
Антенны гол дэлбэнгийн чиглэл ба туйлшрал нь ослын долгионоос цуглуулсан эрчим хүчний хэмжээнд шууд нөлөөлдөг. Антенны цацрагийн шинж чанар нь хүрээлэн буй орчны RFEH болон WPT-ийг ялгах гол үзүүлэлт юм (Зураг 5). Хоёр програмын хувьд тархалтын орчин нь тодорхойгүй байж болох бөгөөд түүний хүлээн авсан долгионд үзүүлэх нөлөөг харгалзан үзэх шаардлагатай боловч дамжуулагч антенны талаархи мэдлэгийг ашиглаж болно. Хүснэгт 3-т энэ хэсэгт авч үзсэн гол параметрүүд болон тэдгээрийг RFEH болон WPT-д хэрэглэх боломжуудыг тодорхойлсон.
Зураг 5
1. Чиглэл ба ашиг
Ихэнх RFEH болон WPT програмуудад коллектор нь туссан цацрагийн чиглэлийг мэдэхгүй, харааны шугам (LoS) байхгүй гэж үздэг. Энэ ажилд дамжуулагч ба хүлээн авагчийн хоорондох үндсэн дэлбэнгийн шугамаас үл хамааран үл мэдэгдэх эх үүсвэрээс хүлээн авсан хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд олон антенны загвар, байршлыг судалж үзсэн болно.
Omnidirectional антеннуудыг хүрээлэн буй орчны RFEH rectenna-д өргөнөөр ашигладаг. Уран зохиолд PSD нь антенны чиглэлээс хамаарч өөр өөр байдаг. Гэсэн хэдий ч хүч чадлын өөрчлөлтийг тайлбарлаагүй тул антенны цацрагийн загвар эсвэл туйлшралын таарамжгүй байдлаас шалтгаалсан өөрчлөлтийг тодорхойлох боломжгүй байна.
RFEH-ийн хэрэглээнээс гадна бага RF-ийн эрчим хүчний нягтралыг цуглуулах үр ашгийг дээшлүүлэх эсвэл тархалтын алдагдлыг даван туулахын тулд богино долгионы WPT-д өндөр ашиг тустай чиглэлтэй антен болон массивууд өргөн тархсан. Яги-Уда шулуун зангианы массивууд, эрвээхэйний массивууд, спираль массивууд, нягт уялдаатай Vivaldi массивууд, CPW CP массивууд болон нөхөөсийн массивууд нь тодорхой газар нутагт ослын эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэх боломжтой өргөтгөх боломжтой rectenna хэрэгжүүлэлтүүдийн нэг юм. Антенны ашиг тусыг сайжруулах бусад аргууд нь WPT-д зориулагдсан бичил долгионы болон миллиметр долгионы зурваст субстратын нэгдсэн долгион хөтлүүр (SIW) технологи юм. Гэсэн хэдий ч өндөр ашиг тустай шулуун тэнхлэгүүд нь нарийхан цацрагийн өргөнөөр тодорхойлогддог тул дурын чиглэлд долгион хүлээн авах нь үр ашиггүй байдаг. Антенны элементүүд болон портуудын тоог судалж үзэхэд өндөр чиглүүлэлт нь гурван хэмжээст дурын тохиолдлыг тооцвол хүрээлэн буй орчны RFEH-ийн өндөр хураасан чадалтай тохирохгүй байна гэж дүгнэсэн; Үүнийг хотын орчинд хээрийн хэмжилтээр баталгаажуулсан. Өндөр ашиг олох массивыг WPT програмуудаар хязгаарлаж болно.
Өндөр ашиг тустай антенны ашиг тусыг дурын RFEH-д шилжүүлэхийн тулд чиглүүлэх асуудлыг даван туулахын тулд сав баглаа боодол эсвэл зохион байгуулалтын шийдлүүдийг ашигладаг. Хос нөхөөстэй антенны бугуйвч нь орчны Wi-Fi RFEH-ээс хоёр чиглэлд эрчим хүч авахыг санал болгож байна. Орчны үүрэн холбооны RFEH антеннуудыг мөн 3D хайрцаг хэлбэрээр зохион бүтээсэн бөгөөд системийн талбайг багасгаж, олон чиглэлтэй ургац хураалтыг идэвхжүүлэхийн тулд гадна гадаргуу дээр хэвлэсэн эсвэл наасан байна. Шулуун шоо хэлбэрийн бүтэц нь хүрээлэн буй орчны RFEH-д энерги хүлээн авах магадлал өндөртэй байдаг.
Туслах паразит нөхөөсийн элементүүдийг багтаасан цацрагийн өргөнийг нэмэгдүүлэхийн тулд антенны дизайны сайжруулалтыг 2.4 GHz, 4 × 1 массивын WPT-ийг сайжруулах зорилгоор хийсэн. Олон цацрагийн бүс бүхий 6 GHz торон антенныг мөн санал болгосон бөгөөд энэ нь порт бүрт олон цацрагийг харуулсан. Олон чиглэлтэй, олон туйлттай RFEH-ийн хувьд олон порттой, олон шулуутгагч гадаргуугийн тэгш өнцөгт, бүх чиглэлтэй цацрагийн загвар бүхий эрчим хүч цуглуулах антеннуудыг санал болгосон. Цацраг үүсгэгч матриц, олон портын антенны массив бүхий олон Шулуутгагчийг мөн өндөр ашиг тустай, олон чиглэлтэй эрчим хүч цуглуулах зорилгоор санал болгосон.
Дүгнэж хэлэхэд, бага RF-ийн нягтралаас цуглуулсан хүчийг сайжруулахын тулд өндөр ашиг тустай антеннуудыг илүүд үздэг боловч дамжуулагчийн чиглэл тодорхойгүй (жишээлбэл, тодорхойгүй тархалтын сувгаар дамжуулан RFEH эсвэл WPT) програмуудад өндөр чиглэлтэй хүлээн авагчид тохиромжгүй байж болно. Энэ ажилд олон чиглэлтэй өндөр ашиг тустай WPT болон RFEH-д олон цацрагт хандлагыг санал болгож байна.
2. Антенны туйлшрал
Антенны туйлшрал нь антенны тархалтын чиглэлтэй харьцуулахад цахилгаан талбайн векторын хөдөлгөөнийг тодорхойлдог. Туйлшралын тохиромжгүй байдал нь гол дэлбэнгийн чиглэлүүд зэрэгцсэн байсан ч антеннуудын хоорондох дамжуулалт/хүлээн авалт буурахад хүргэдэг. Жишээлбэл, босоо LP антеныг дамжуулахад, хэвтээ LP антеныг хүлээн авахад ашигладаг бол цахилгаан авахгүй. Энэ хэсэгт утасгүй хүлээн авалтын үр ашгийг нэмэгдүүлэх, туйлшралын үл нийцэх алдагдлаас зайлсхийх тайлагнасан аргуудыг авч үзсэн болно. Туйлшралын талаар санал болгож буй шулууны архитектурын хураангуйг Зураг 6-д, SoA-ийн жишээг 4-р хүснэгтэд үзүүлэв.
Зураг 6
Үүрэн холбооны хувьд үндсэн станцууд болон гар утаснуудын хооронд шугаман туйлшралыг тохируулах боломжгүй байдаг тул туйлшралын үл нийцэх алдагдлаас зайлсхийхийн тулд үндсэн станцын антеннуудыг хос туйлшралтай эсвэл олон туйлттай байхаар зохион бүтээдэг. Гэсэн хэдий ч олон замт нөлөөллөөс үүдэлтэй LP долгионы туйлшралын өөрчлөлт нь шийдэгдээгүй асуудал хэвээр байна. Олон туйлттай хөдөлгөөнт суурь станцуудын таамаглал дээр үндэслэн үүрэн холбооны RFEH антеннуудыг LP антен болгон зохион бүтээсэн.
CP rectennas-ийг ихэвчлэн WPT-д ашигладаг, учир нь тэдгээр нь үл тохироход харьцангуй тэсвэртэй байдаг. CP антеннууд нь бүх LP долгионоос гадна ижил эргэлтийн чиглэлтэй (зүүн гартай эсвэл баруун гартай CP) CP цацрагийг эрчим хүчний алдагдалгүйгээр хүлээн авах боломжтой. Ямар ч тохиолдолд CP антен дамжуулж, LP антен 3 дБ алдагдалтай (50% эрчим хүчний алдагдал) хүлээн авдаг. CP rectennas нь 900 МГц ба 2.4 ГГц, 5.8 ГГц-ийн үйлдвэрлэл, шинжлэх ухаан, эмнэлгийн зурвас, миллиметрийн долгионд тохиромжтой гэж мэдээлсэн. Дурын туйлширсан долгионы RFEH-д туйлшралын олон янз байдал нь туйлшралын үл нийцэх алдагдлыг арилгах боломжит шийдлийг илэрхийлдэг.
Олон туйлшрал гэж нэрлэгддэг бүрэн туйлшрал нь туйлшралын үл нийцэх алдагдлыг бүрэн даван туулахын тулд CP ба LP долгионыг цуглуулах боломжийг олгодог бөгөөд хоёр туйлшралтай ортогональ LP элемент нь бүх LP болон CP долгионыг үр дүнтэй хүлээн авдаг. Үүнийг харуулахын тулд босоо болон хэвтээ цэвэр хүчдэл (VV ба VH) туйлшралын өнцгөөс үл хамааран тогтмол хэвээр байна.
CP цахилгаан соронзон долгионы "Е" цахилгаан орон, эрчим хүчийг хоёр удаа (нэгж тутамд нэг удаа) цуглуулж, ингэснээр CP бүрэлдэхүүн хэсгийг бүрэн хүлээн авч, 3 дБ туйлшралын үл нийцэх алдагдлыг даван туулах болно.
Эцэст нь, тогтмол гүйдлийн хослолоор дурын туйлшралын долгионыг хүлээн авах боломжтой. Зураг 7-д мэдээлэгдсэн бүрэн туйлширсан шулуун гэдэсний геометрийг харуулав.
Зураг 7
Дүгнэж хэлэхэд, тусгай тэжээлийн хангамж бүхий WPT програмуудад CP-ийг илүүд үздэг, учир нь энэ нь антенны туйлшралын өнцгөөс үл хамааран WPT-ийн үр ашгийг сайжруулдаг. Нөгөөтэйгүүр, олон эх сурвалжаас, ялангуяа орчны эх үүсвэрээс олж авахдаа бүрэн туйлширсан антенууд нь илүү сайн хүлээн авах, хамгийн их зөөвөрлөх чадварыг бий болгодог; RF эсвэл DC дээр бүрэн туйлширсан хүчийг нэгтгэхийн тулд олон порт/олон Шулуутгагч архитектур шаардлагатай.
Дүгнэлт
Энэхүү нийтлэлд RFEH болон WPT-ийн антенны дизайны сүүлийн үеийн ахиц дэвшлийг авч үзсэн бөгөөд өмнөх ном зохиолд санал болгоогүй RFEH болон WPT-ийн антенны дизайны стандарт ангиллыг санал болгож байна. RF-ээс тогтмол гүйдлийн өндөр үр ашигт хүрэхийн тулд антенны гурван үндсэн шаардлагыг тодорхойлсон:
1. Сонирхсон RFEH болон WPT зурваст зориулсан антен Шулуутгагчийн эсэргүүцлийн зурвасын өргөн;
2. Зориулалтын тэжээлээс WPT дахь дамжуулагч ба хүлээн авагчийн хоорондох гол дэлбэнгийн тохируулга;
3. Өнцөг, байрлалаас үл хамааран шулуун гэдэс ба тусгалын долгионы хоорондох туйлшралын тохирол.
Эсэргүүцэл дээр үндэслэн шулуун тэнхлэгүүдийг 50Ω ба Шулуутгагч коньюгат шулуун гэж ангилдаг бөгөөд өөр өөр зурвас ба ачааллын хоорондох эсэргүүцэл, тохирох арга бүрийн үр ашгийг харгалзан үздэг.
SoA rectennas-ийн цацрагийн шинж чанарыг чиглүүлэлт ба туйлшралын үүднээс авч үзсэн. Нарийн цацрагийг даван туулахын тулд цацраг үүсгэх, савлах замаар олзыг сайжруулах аргуудын талаар ярилцав. Эцэст нь, WPT болон RFEH-ийн туйлшралаас хамааралгүй хүлээн авахын тулд янз бүрийн хэрэгжилтийн хамт WPT-д зориулсан CP rectennas-ийг хянаж үздэг.
Антенны талаар илүү ихийг мэдэхийг хүсвэл зочилно уу:
Шуудангийн цаг: 2024 оны 8-р сарын 16-ны хооронд
