Antenna-Düzeltgijleýji Bilelikdäki dizaýn
2-nji suratdaky EG topologiýasyna eýerýän rektennalaryň häsiýetli tarapy, antennanyň 50Ω standartyna däl-de, göni rektifikatora laýyk gelmegidir, bu bolsa rektifikatory güýçlendirmek üçin gabat gelýän zynjyry azaltmagy ýa-da aradan aýyrmagy talap edýär. Bu bölümde 50Ω bolmadyk antennalary bolan SoA rektennalarynyň we gabat gelýän torlary bolmadyk rektennalaryň artykmaçlyklary gözden geçirilýär.
1. Elektrik taýdan kiçi antennalar
LC rezonansly halka antennalary ulgamyň ölçeginiň möhüm bolan ýerlerinde giňden ulanylýar. 1 GHz-den aşaky ýygylyklarda tolkun uzynlygy standart paýlanan element antennalarynyň ulgamyň umumy ölçeginden has köp ýer eýelemegine sebäp bolup biler we beden implantlary üçin doly integrasiýa edilen ötüriji-ötürijiler ýaly ulanylyşlar, esasanam, WPT üçin elektrik taýdan kiçi antennalary ulanmakdan peýda görýär.
Kiçi antennanyň ýokary induktiw impedansy (ýaky rezonans) göni düzeltijini ýa-da goşmaça çipdäki kuwwatly gabat getiriji tor bilen birikdirip bolýar. Gýugens dipol antennalaryny ulanyp, 1 GHz-den aşak LP we CP bilen WPT-de elektrik taýdan kiçi antennalar barada habar berildi, ka=0.645, adaty dipollarda bolsa ka=5.91 (ka=2πr/λ0).
2. Düzeltiji konýugat antennasy
Diodyň adaty giriş empedansy ýokary sygymlydyr, şonuň üçin konýugat empedansyna ýetmek üçin induktiw antenna gerek. Çipiň sygymly empedansy sebäpli, ýokary empedansly induktiw antennalar RFID belliklerinde giňden ulanylýar. Dipol antennalary soňky döwürde çylşyrymly empedansly RFID antennalarynda bir tendensiýa öwrüldi we rezonans ýygylygyna golaý ýokary empedansy (garşylyk we reaksiýa) görkezýär.
Induktiw dipol antennalary gyzyklanma bildirilýän ýygylyk zolagynda gönileşdirijiniň ýokary kuwwatyna deňleşdirmek üçin ulanyldy. Gatlanan dipol antennasynda goşa gysga liniýa (dipol gatlama) impedans transformatory hökmünde hereket edýär we örän ýokary impedans antennasyny döretmäge mümkinçilik berýär. Başgaça aýdylanda, egrilik iýmitlendirme induktiw reaktansy, şeýle hem hakyky impedansy ýokarlandyrmak üçin jogapkärdir. Birnäçe egrilikli dipol elementlerini deňagramsyz ýaýly radial ştiftler bilen birleşdirmek goşa giň zolakly ýokary impedans antennasyny emele getirýär. 4-nji suratda käbir habar berlen gönileşdiriji konýugat antennalary görkezilýär.
4-nji surat
RFEH we WPT-de radiasiýanyň häsiýetnamalary
Friis modelinde, geçirijiden d uzaklykda ýerleşýän antenna tarapyndan kabul edilýän PRX güýji, kabul edijiniň we geçirijiniň gazançlarynyň (GRX, GTX) gönüden-göni funksiýasydyr.
Antennanyň esasy lobunyň gönükdirilişi we polýarizasiýa düşýän tolkundan ýygnalýan energiýanyň mukdaryna gönüden-göni täsir edýär. Antennanyň radiasiýa häsiýetnamalary daşky gurşawyň RFH we WPT-ni tapawutlandyrýan esasy parametrlerdir (5-nji surat). Iki ulanylyşda hem ýaýrama gurşawy näbelli bolup biler we onuň kabul edilýän tolkunlara täsirini göz öňünde tutmak zerur bolsa-da, geçiriji antenna baradaky bilimden peýdalanyp bolýar. 3-nji tablisada bu bölümde ara alnyp maslahatlaşylan esasy parametrler we olaryň RFH we WPT üçin ulanylyşlary görkezilýär.
5-nji surat
1. Ugurlylyk we Gazanç
RFEH we WPT ulanylyşlarynyň köpüsinde kollektoryň düşýän radiasiýanyň ugruny bilmeýändigi we görüş çyzygynyň (LoS) ýokdugy çak edilýär. Bu işde, geçiriji bilen kabul edijiniň arasyndaky esasy lob deňleşdirilişinden garaşsyz, näbelli çeşmeden kabul edilýän güýji iň ýokary derejä çykarmak üçin köp sanly antenna dizaýnlary we ýerleşdirilişi öwrenildi.
Omniugurly antennalar daşky gurşawyň RFEH rektennalarynda giňden ulanylýar. Edebiýatda PSD antennanyň ugruna baglylykda üýtgeýär. Şeýle-de bolsa, kuwwatyň üýtgemegi düşündirilmedi, şonuň üçin üýtgeşmäniň antennanyň radiasiýa nusgasyna ýa-da polýarizasiýa deňsizligine baglydygyny kesgitlemek mümkin däl.
RFH ulanylyşlaryndan başga-da, pes RF güýç dykyzlygynyň ýygnamak netijeliligini ýokarlandyrmak ýa-da ýaýrama ýitgilerini ýeňip geçmek üçin mikrotolkunly WPT üçin ýokary girdejili ugurly antennalar we massiwler giňden habar berildi. Ýagi-Uda rektenna massiwleri, bowli massiwler, spiral massiwler, berk baglanyşykly Vivaldi massiwleri, CPW CP massiwleri we ýama massiwleri belli bir meýdanda düşýän güýç dykyzlygyny iň ýokary derejä çykaryp bilýän ölçeklenýän rektenna ulanylyşlarynyň arasyndadyr. Antennanyň güýçlenmegini gowulandyrmagyň beýleki usullaryna WPT-e mahsus bolan mikrotolkunly we millimetr tolkun zolaklarynda substrat integrasiýalaşdyrylan tolkun geçirijisi (SIW) tehnologiýasy girýär. Şeýle-de bolsa, ýokary girdejili rektennalar dar şöhle giňlikleri bilen häsiýetlendirilýär, bu bolsa tolkunlaryň islendik ugurlarda kabul edilmegini netijesiz edýär. Antenna elementleriniň we portlarynyň sany boýunça geçirilen barlaglar, üç ölçegli islendik düşüşi göz öňünde tutup, ýokary gönükdirijiligiň daşky gurşawdaky RFH-de ýokary ýygnalýan güýje laýyk gelmeýändigini anyklady; bu şäher gurşawyndaky meýdan ölçegleri bilen tassyklanyldy. Ýokary girdejili massiwler WPT ulanylyşlary bilen çäklendirilip bilner.
Ýokary girdejili antennalaryň artykmaçlyklaryny islendik RFH-lere geçirmek üçin, gönükdirijilik meselesini çözmek üçin gaplama ýa-da ýerleşdiriş çözgütleri ulanylýar. Daşky gurşawdaky Wi-Fi RFH-laryndan energiýany iki ugurda ýygnamak üçin iki ýamaly antenna bilezik teklip edilýär. Daşky gurşawdaky öýjükli RFH antennalary hem 3D gutulary hökmünde dizaýn edilýär we ulgamyň meýdanyny azaltmak we köpugurly ýygnamagy üpjün etmek üçin daşarky ýüzlere çap edilýär ýa-da ýelmeşdirilýär. Kub görnüşli rektenna gurluşlary daşky gurşawdaky RFH-larda energiýany kabul etmegiň has ýokary ähtimallygyny görkezýär.
2.4 GHz, 4 × 1 massiwlerinde WPT-ni gowulandyrmak üçin şöhle giňligini artdyrmak üçin antenna dizaýnyna goşmaça parazit ýama elementleri goşmak bilen gowulandyrmalar girizildi. Şeýle hem, port üçin köp şöhleleri görkezýän köp şöhle sebitleri bolan 6 GHz tor antennasy teklip edildi. Köp ugurly we köp polýarlaşdyrylan RFEH üçin köp ugurly şöhlelenme nagyşlary bolan köp portly, köp gönilendirijili ýüz rektennalary we energiýa ýygnaýjy antennalar teklip edildi. Ýokary girdejili, köp ugurly energiýa ýygnaýjy üçin hem şöhle emele getirýän matrisalary we köp portly antenna massiwleri bolan köp gönilendirijiler teklip edildi.
Gysgaça aýdylanda, pes RF dykyzlygyndan alynýan güýji gowulandyrmak üçin ýokary güýçlendirijili antennalar has amatly bolsa-da, ýokary ugurly kabul edijiler geçirijiniň ugry näbelli bolan ýerlerde (meselem, daşky gurşaw RFH ýa-da näbelli ýaýrama kanallary arkaly WPT) amatly bolup bilmez. Bu işde köp ugurly ýokary güýçlendirijili WPT we RFH üçin köp sanly köp şöhleli çemeleşmeler teklip edilýär.
2. Antennanyň polýarizasiýa
Antennanyň polýarizasiýa edilmegi elektrik meýdanynyň wektorynyň antennanyň ýaýrama ugry boýunça hereketini suratlandyrýar. Polýarizasiýa gabat gelmezlikleri, esasy lob ugurlary deňleşdirilende-de, antennalaryň arasyndaky geçirijiligiň/kabul etmegiň azalmagyna getirip biler. Mysal üçin, geçirijilik üçin dik LP antennasy, kabul etmek üçin bolsa gorizontal LP antennasy ulanylsa, energiýa kabul edilmez. Bu bölümde simsiz kabul etmegiň netijeliligini ýokarlandyrmak we polýarizasiýa gabat gelmezliginiň ýitgileriniň öňüni almak üçin habar berlen usullar gözden geçirilýär. Polýarizasiýa babatda teklip edilýän rektenna arhitekturasynyň gysgaça mazmuny 6-njy suratda, SoA mysaly bolsa 4-nji tablisada berilýär.
6-njy surat
Öýjükli aragatnaşykda baza stansiýalary bilen ykjam telefonlaryň arasynda çyzykly polýarizasiýa deňleşdirilmeginiň gazanylmagy mümkin däl, şonuň üçin baza stansiýalarynyň antennalary polýarizasiýa deňsizliginiň ýitgileriniň öňüni almak üçin iki polýarlaşdyrylan ýa-da köp polýarlaşdyrylan görnüşde dizaýn edilýär. Şeýle-de bolsa, köp ýolly täsirler sebäpli LP tolkunlarynyň polýarizasiýa üýtgemesi çözülmedik mesele bolmagynda galýar. Köp polýarlaşdyrylan ykjam baza stansiýalarynyň çaklamasyna esaslanyp, öýjükli RFEH antennalary LP antennalary hökmünde dizaýn edilýär.
CP rektennalary, esasan, WPT-de ulanylýar, sebäbi olar gabat gelmezlige garşy deňeşdirme bilen durnukly. CP antennalary ähli LP tolkunlaryndan başga-da, şol bir aýlanma ugry bilen (çep elli ýa-da sag elli CP) CP radiasiýasyny energiýa ýitgisi bolmazdan kabul edip bilýär. Her niçigem bolsa, CP antennasy geçirýär we LP antennasy 3 dB ýitgi (50% energiýa ýitgisi) bilen kabul edýär. CP rektennalarynyň 900 MHz we 2.4 GHz we 5.8 GHz senagat, ylmy we lukmançylyk zolaklary, şeýle hem millimetr tolkunlary üçin amatlydygy habar berilýär. Özbaşdak polýarlaşdyrylan tolkunlaryň RFH-de polýarizasiýa dürlüligi polýarizasiýa gabat gelmezligi ýitgileriniň mümkin bolan çözgüdini görkezýär.
Doly polýarizasiýa, köp polýarizasiýa diýlip hem atlandyrylýar, polýarizasiýa gabat gelmezliginiň ýitgilerini doly ýeňip geçmek üçin teklip edildi, bu bolsa iki polýarlaşdyrylan ortogonal LP elementleriniň ähli LP we CP tolkunlaryny netijeli kabul edýän CP we LP tolkunlarynyň ikisini hem ýygnamaga mümkinçilik berýär. Muny görkezmek üçin, polýarizasiýa burçuna garamazdan, dik we gorizontal tor naprýaženiýeleri (VV we VH) üýtgewsiz galýar:
CP elektromagnit tolkun “E” elektrik meýdany, bu ýerde güýç iki gezek (birlik üçin bir gezek) ýygnalýar, şeýlelik bilen CP komponenti doly kabul edilýär we 3 dB polýarizasiýa gabat gelmezliginiň ýitgisini ýeňip geçýär:
Ahyrsoňy, DC kombinasiýa arkaly tötänleýin polýarizasiýanyň düşýän tolkunlaryny kabul edip bolýar. 7-nji suratda habar berlen doly polýarizirlenen rektennanyň geometriýasy görkezilýär.
7-nji surat
Gysgaça aýdylanda, aýratyn energiýa çeşmeleri bolan WPT programmalarynda CP has gowy hasaplanýar, sebäbi ol antennanyň polýarizasiýa burçuna garamazdan WPT netijeliligini ýokarlandyrýar. Beýleki tarapdan, köp çeşmeli alyş-çalyşda, esasanam daşky gurşaw çeşmelerinden, doly polýarizirlenen antennalar has gowy umumy kabul ediş we iň ýokary göteriliş mümkinçiligini gazanyp biler; RF ýa-da DC-de doly polýarizirlenen güýji birleşdirmek üçin köp portly/köp düzeltijili arhitekturalar gerek.
Gysgaça mazmun
Bu makalada RFH we WPT üçin antenna dizaýnynda soňky gazanylan öňegidişlikler gözden geçirilýär we öňki edebiýatlarda teklip edilmedik RFH we WPT üçin antenna dizaýnynyň standart klassifikasiýasyny teklip edýär. Ýokary RF-DC netijeliligine ýetmek üçin antennanyň üç esasy talaby şeýle kesgitlenildi:
1. Gyzyklanylýan RFEH we WPT zolaklary üçin antennanyň düzeltiji impedans geçirijilik zolagy;
2. WPT-de ýöriteleşdirilen iýmitden geçiriji we kabul ediji arasyndaky esasy lob deňleşdirilişi;
3. Burçdan we ýerleşýän ýerinden garamazdan, rektena bilen düşýän tolkun arasyndaky polýarizasiýa gabat gelmegi.
Impedansa esaslanyp, rektennalar 50Ω we rektifikator konýugat rektennalara bölünýär, dürli zolaklar we ýükler arasyndaky impedans deňleşdirilmegine we her bir deňleşdirme usulynyň netijeliligine üns berilýär.
SoA rektennalarynyň radiasiýa häsiýetnamalary gönilik we polýarizasiýa nukdaýnazaryndan gözden geçirildi. Dar şöhle giňligini ýeňip geçmek üçin şöhle emele getirmek we gaplamak arkaly güýçlendirmegi ýokarlandyrmagyň usullary ara alnyp maslahatlaşylýar. Ahyrsoňy, WPT we RFEH üçin polýarizasiýadan garaşsyz kabul etmek üçin dürli amala aşyrylyşlar bilen birlikde WPT üçin CP rektennalary gözden geçirilýär.
Antenler barada has giňişleýin maglumat almak üçin şu ýere giriň:
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 16-njy awgusty
