Antenos ir lygintuvo bendras dizainas
2 paveiksle pateiktą EG topologiją atitinkančių stačiakampių charakteristika yra ta, kad antena yra tiesiogiai suderinta su lygintuvu, o ne pagal 50 Ω standartą, dėl kurio reikia sumažinti arba pašalinti suderinimo grandinę, kad būtų tiekiamas lygintuvas. Šiame skyriuje apžvelgiami SoA lygintuvų su ne 50Ω antenomis ir lygiagrečiųjų tinklų be suderinamų tinklų pranašumai.
1. Elektriškai mažos antenos
LC rezonansinės žiedinės antenos buvo plačiai naudojamos tais atvejais, kai sistemos dydis yra labai svarbus. Esant dažniams, mažesniems nei 1 GHz, dėl bangos ilgio standartinės paskirstytų elementų antenos gali užimti daugiau vietos nei bendras sistemos dydis, o tokioms programoms kaip visiškai integruoti kūno implantų siųstuvų-imtuvai ypač naudingi naudojant elektriškai mažas WPT antenas.
Didelė mažos antenos indukcinė varža (beveik rezonansas) gali būti naudojama tiesiogiai sujungti lygintuvą arba su papildomu lusto talpinio suderinimo tinklu. Buvo pranešta apie elektrai mažas antenas WPT, kai LP ir CP yra mažesnis nei 1 GHz, naudojant Huygens dipolines antenas, kai ka = 0,645, o ka = 5,91 normaliuose dipoliuose (ka = 2πr / λ0).
2. Lygintuvo konjuguota antena
Tipinė diodo įėjimo varža yra labai talpi, todėl norint pasiekti konjuguotą varžą, reikalinga indukcinė antena. Dėl lusto talpinės varžos didelės varžos indukcinės antenos buvo plačiai naudojamos RFID žymose. Dipolio antenos pastaruoju metu tapo sudėtingų impedansų RFID antenų tendencija, pasižyminčia aukšta varža (varža ir reaktyvumas) šalia jų rezonansinio dažnio.
Indukcinės dipolio antenos buvo naudojamos norint suderinti aukštą lygintuvo talpą dominančioje dažnių juostoje. Sulenktoje dipolio antenoje dviguba trumpoji linija (dipolio lankstymas) veikia kaip impedanso transformatorius, leidžiantis sukurti itin didelės varžos anteną. Arba poslinkio maitinimas yra atsakingas už indukcinės reaktyvumo ir faktinės varžos didinimą. Sujungus kelis įstrižinius dipolio elementus su nesubalansuotais peteliškės radialiniais stulpeliais, susidaro dviguba plačiajuostė didelės varžos antena. 4 paveiksle parodytos kai kurios lygintuvo konjuguotos antenos.
4 pav
Radiacinės charakteristikos RFEH ir WPT
Friis modelyje galia PRX, kurią gauna antena atstumu d nuo siųstuvo, yra tiesioginė imtuvo ir siųstuvo stiprinimo (GRX, GTX) funkcija.
Antenos pagrindinės skilties kryptingumas ir poliarizacija tiesiogiai veikia iš krintančios bangos surinktos galios kiekį. Antenos spinduliavimo charakteristikos yra pagrindiniai parametrai, skiriantys aplinkos RFEH ir WPT (5 pav.). Nors abiejose programose sklidimo terpė gali būti nežinoma ir reikia atsižvelgti į jos poveikį priimamai bangai, žiniomis apie siuntimo anteną galima pasinaudoti. 3 lentelėje nurodyti pagrindiniai šiame skyriuje aptariami parametrai ir jų pritaikymas RFEH ir WPT.
5 pav
1. Kryptingumas ir pelnas
Daugumoje RFEH ir WPT programų daroma prielaida, kad kolektorius nežino krintančios spinduliuotės krypties ir nėra matomumo linijos (LoS). Šiame darbe buvo ištirtos kelios antenos konstrukcijos ir išdėstymas, siekiant maksimaliai padidinti gaunamą galią iš nežinomo šaltinio, nepriklausomai nuo pagrindinės skilties išlyginimo tarp siųstuvo ir imtuvo.
Daugiakryptės antenos buvo plačiai naudojamos aplinkos RFEH tiesiosiose sistemose. Literatūroje PSD skiriasi priklausomai nuo antenos orientacijos. Tačiau galios kitimas nebuvo paaiškintas, todėl neįmanoma nustatyti, ar kitimas atsirado dėl antenos spinduliavimo modelio, ar dėl poliarizacijos neatitikimo.
Be RFEH taikomųjų programų, plačiai pranešta apie didelio stiprumo kryptines antenas ir matricas, skirtas mikrobangų WPT, siekiant pagerinti mažo RF galios tankio surinkimo efektyvumą arba įveikti sklidimo nuostolius. Yagi-Uda rectenna matricos, lanksčios matricos, spiralinės matricos, glaudžiai susietos Vivaldi matricos, CPW CP matricos ir pataisų matricos yra vienos iš keičiamo dydžio tiesiosios žarnos masyvo, kuris gali maksimaliai padidinti kritimo galios tankį tam tikroje srityje. Kiti būdai, kaip pagerinti antenos stiprinimą, apima substrato integruoto bangolaidžio (SIW) technologiją mikrobangų ir milimetrinių bangų juostose, būdingose WPT. Tačiau didelio stiprumo tiesiosios žarnos pasižymi siaurais spindulių pločiais, todėl bangų priėmimas savavališkomis kryptimis yra neefektyvus. Ištyrus antenos elementų ir prievadų skaičių, padaryta išvada, kad didesnis kryptingumas neatitinka didesnės gaunamos galios aplinkos RFEH, darant prielaidą, kad atsitiktinis trimatis kritimas; tai buvo patikrinta atliekant lauko matavimus miesto aplinkoje. Didelio stiprumo masyvai gali būti apriboti WPT programomis.
Norint perkelti didelio stiprumo antenų pranašumus į savavališkus RFEH, naudojami pakavimo ar išdėstymo sprendimai, siekiant išspręsti kryptingumo problemą. Siūloma dviejų pataisų antenos apyrankė energijai iš aplinkos Wi-Fi RFEH surinkti dviem kryptimis. Aplinkos korinio ryšio RFEH antenos taip pat sukurtos kaip 3D dėžutės ir spausdinamos arba priklijuojamos prie išorinių paviršių, kad sumažintų sistemos plotą ir įgalintų įvairias kryptis. Kubinės tiesiosios žarnos struktūros turi didesnę energijos priėmimo tikimybę aplinkos RFEH.
Buvo atlikti antenos konstrukcijos patobulinimai, siekiant padidinti pluošto plotį, įskaitant pagalbinius parazitinius pleistrų elementus, siekiant pagerinti WPT esant 2,4 GHz, 4 × 1 matricoms. Taip pat buvo pasiūlyta 6 GHz tinklelio antena su keliais spindulių regionais, demonstruojanti kelis pluoštus viename prievade. Daugiakrypčiai ir daugiapoliarizuotam RFEH buvo pasiūlytos kelių prievadų, kelių lygintuvų paviršiaus tiesinės ir energijos surinkimo antenos su įvairiakrypčiais spinduliuotės modeliais. Taip pat buvo pasiūlyti daugialypiai lygintuvai su pluošto formavimo matricomis ir kelių prievadų antenų matricomis, skirtomis didelio stiprumo, kelių krypčių energijos surinkimui.
Apibendrinant galima pasakyti, kad nors didelio stiprinimo antenos yra pageidaujamos siekiant pagerinti galią, gaunamą iš mažo RF tankio, labai kryptingi imtuvai gali būti netinkami tais atvejais, kai siųstuvo kryptis nežinoma (pvz., aplinkos RFEH arba WPT nežinomais sklidimo kanalais). Šiame darbe siūlomi keli kelių pluoštų metodai, skirti daugiakrypčiai didelio stiprumo WPT ir RFEH.
2. Antenos poliarizacija
Antenos poliarizacija apibūdina elektrinio lauko vektoriaus judėjimą antenos sklidimo krypties atžvilgiu. Dėl poliarizacijos neatitikimų gali sumažėti perdavimas / priėmimas tarp antenų, net jei pagrindinės skilties kryptys yra suderintos. Pavyzdžiui, jei perdavimui naudojama vertikali LP antena, o priėmimui naudojama horizontali LP antena, maitinimas nebus gaunamas. Šiame skyriuje apžvelgiami aprašyti metodai, skirti maksimaliai padidinti belaidžio ryšio priėmimo efektyvumą ir išvengti poliarizacijos neatitikimo nuostolių. Siūlomos tiesiosios žarnos architektūros santrauka, atsižvelgiant į poliarizaciją, pateikta 6 paveiksle, o SoA pavyzdys pateiktas 4 lentelėje.
6 pav
Naudojant korinį ryšį, tiesinės poliarizacijos išlygiavimas tarp bazinių stočių ir mobiliųjų telefonų greičiausiai nebus pasiektas, todėl bazinių stočių antenos suprojektuotos taip, kad būtų dvigubos arba daugiapoliarizuotos, kad būtų išvengta poliarizacijos neatitikimo nuostolių. Tačiau LP bangų poliarizacijos kitimas dėl kelių kelių efektų išlieka neišspręsta problema. Remiantis daugiapoliarizuotų mobiliųjų bazinių stočių prielaida, korinio ryšio RFEH antenos yra suprojektuotos kaip LP antenos.
CP tiesiosios žarnos dažniausiai naudojamos WPT, nes jos yra gana atsparios neatitikimui. CP antenos gali priimti CP spinduliuotę ta pačia sukimosi kryptimi (kairiarankė arba dešinė CP), be visų LP bangų, neprarandant galios. Bet kokiu atveju CP antena siunčia, o LP antena priima su 3 dB nuostoliais (50 % galios nuostoliai). Pranešama, kad CP rectennos tinka 900 MHz ir 2,4 GHz ir 5,8 GHz pramoninėms, mokslinėms ir medicininėms juostoms bei milimetrinėms bangoms. Savavališkai poliarizuotų bangų RFEH poliarizacijos įvairovė yra galimas poliarizacijos neatitikimo nuostolių sprendimas.
Buvo pasiūlyta visiška poliarizacija, taip pat žinoma kaip daugiapoliarizacija, siekiant visiškai įveikti poliarizacijos neatitikimo nuostolius, leidžiančius surinkti tiek CP, tiek LP bangas, kai du dvigubai poliarizuoti ortogonaliniai LP elementai efektyviai priima visas LP ir CP bangas. Norėdami tai iliustruoti, vertikalios ir horizontalios tinklo įtampos (VV ir VH) išlieka pastovios, nepaisant poliarizacijos kampo:
CP elektromagnetinės bangos „E“ elektrinis laukas, kuriame galia surenkama du kartus (vieną kartą kiekvienam vienetui), tokiu būdu visiškai priimant CP komponentą ir įveikiant 3 dB poliarizacijos neatitikimo nuostolius:
Galiausiai, naudojant nuolatinės srovės derinį, galima priimti atsitiktinės poliarizacijos bangas. 7 paveiksle parodyta praneštos visiškai poliarizuotos tiesiosios žarnos geometrija.
7 pav
Apibendrinant galima pasakyti, kad WPT programose su specialiais maitinimo šaltiniais pirmenybė teikiama CP, nes jis pagerina WPT efektyvumą, nepaisant antenos poliarizacijos kampo. Kita vertus, kai gaunami keli šaltiniai, ypač iš aplinkos šaltinių, visiškai poliarizuotos antenos gali pasiekti geresnį bendrą priėmimą ir didžiausią perkeliamumą; Norint sujungti visiškai poliarizuotą RF arba DC galią, reikia kelių prievadų / kelių lygintuvų architektūros.
Santrauka
Šiame dokumente apžvelgiama naujausia RFEH ir WPT antenų projektavimo pažanga ir siūloma standartinė RFEH ir WPT antenos dizaino klasifikacija, kuri nebuvo pasiūlyta ankstesnėje literatūroje. Nustatyti trys pagrindiniai antenos reikalavimai, norint pasiekti aukštą RF-DC efektyvumą:
1. Antenos lygintuvo varžos dažnių juostos plotis dominančioms RFEH ir WPT juostoms;
2. Pagrindinės skilties išlygiavimas tarp siųstuvo ir imtuvo WPT iš tam skirto tiekimo;
3. Tiesiosios žarnos ir krintančios bangos poliarizacijos atitikimas nepriklausomai nuo kampo ir padėties.
Remiantis varža, lygintuvai skirstomi į 50 Ω ir lygintuvo konjuguotus lygintuvus, daugiausia dėmesio skiriant skirtingų juostų ir apkrovų varžos suderinimui ir kiekvieno derinimo metodo efektyvumui.
SoA rectennų spinduliuotės charakteristikos buvo apžvelgtos kryptingumo ir poliarizacijos požiūriu. Aptariami metodai, kaip pagerinti pluošto formavimą ir supakavimą, siekiant įveikti siaurą pluošto plotį. Galiausiai peržiūrimos WPT CP rectennos kartu su įvairiais diegimais, kad būtų pasiektas WPT ir RFEH nuo poliarizacijos nepriklausomas priėmimas.
Norėdami sužinoti daugiau apie antenas, apsilankykite:
Paskelbimo laikas: 2024-08-16
