1. Кереш
Радио ешлыгы (RF) энергия җыю (Азатлык) һәм радиатив чыбыксыз электр тапшыру (WPT) батареясыз тотрыклы чыбыксыз челтәрләргә ирешү ысуллары буларак зур кызыксыну уятты. Ректенналар WPT һәм Азатлык радиосының нигез ташы булып, йөккә китерелгән DC көченә зур йогынты ясыйлар. Ректеннаның антенна элементлары урып-җыю эффективлыгына турыдан-туры тәэсир итә, алар җыелган көчен берничә зурлыктагы заказ буенча үзгәртә ала. Бу кәгазь WPT һәм әйләнә-тирәдәге RFEH кушымталарында кулланылган антенна конструкцияләрен карый. Хәбәр ителгән ректенналар ике төп критерий буенча классификацияләнәләр: антенна импеданс киңлеген төзәтә һәм антеннаның нурланыш үзенчәлекләре. Eachәр критерий өчен төрле кушымталар өчен мактау фигурасы билгеләнә һәм чагыштырмача карала.
WPT 20-нче гасыр башында меңләгән ат көчен тапшыру ысулы буларак Тесла тарафыннан тәкъдим ителгән. Ректенна термины, RF көчен җыю өчен ректификаторга тоташтырылган антеннаны тасвирлый, 1950-нче елларда космик микродулкынлы электр тапшыру кушымталары һәм автоном дроннар белән эш итү өчен барлыкка килгән. Омнидирекцион, озын диапазонлы WPT таралу мохитенең (һава) физик үзлекләре белән чикләнә. Шуңа күрә, коммерция WPT, нигездә, чыбыксыз кулланучылар электроникасы зарядлау яки RFID өчен радиация булмаган электр күчерү белән чикләнә.
Ярымүткәргеч җайланмаларның һәм чыбыксыз сенсор төеннәренең энергия куллануы кимү белән, тирә-юньдәге Азатлык радиосын кулланып яки таратылган аз көчле омнидирекцион тапшыргычларны кулланып, электр сенсоры төеннәренә мөмкин була. Ультра-аз көчле чыбыксыз электр системалары, гадәттә, RF алу алгы өлешеннән, DC көче һәм хәтер белән идарә итүдән, һәм аз көчле микропроцессор һәм транссивердан тора.
1 нче рәсемдә Азатлык радиосы чыбыксыз төен архитектурасы һәм еш очрый торган RF фронтовик эшләнмәләр күрсәтелгән. Сымсыз энергия системасының ахырдан эффективлыгы һәм синхрон чыбыксыз мәгълүмат һәм электр тапшыру челтәре архитектурасы антенналар, төзәткечләр, электр белән идарә итү схемалары кебек аерым компонентларның эшенә бәйле. Системаның төрле өлешләре өчен берничә әдәбият тикшерүе үткәрелде. 1-нче таблицада энергияне әйләндерү этабы, эффектив конверсия өчен төп компонентлар, һәрбер өлеш өчен әдәбият тикшеренүләре ясала. Соңгы әдәбият энергияне конверсия технологиясенә, ректификатор топологияләренә яки челтәрдән хәбәрдар булган Азатлыкка юнәлтелгән.
Рәсем 1
Ләкин, антенна дизайны Азатлыкта критик компонент булып саналмый. Кайбер әдәбият антенна киңлеге һәм эффективлыгын гомуми күзлектән яки миниатюрлаштырылган яки киеп була торган антенналар кебек билгеле антенна дизайн күзлегеннән караса да, кайбер антенна параметрларының энергияне кабул итүгә һәм конверсия эффективлыгына тәэсире җентекләп анализланмый.
Бу кәгазь ректенналарда антенна дизайн техникасын карый, Азатлык һәм WPT махсус антенна дизайны проблемаларын стандарт элемтә антенна дизайныннан аеру максатыннан. Антенналарны ике күзлектән чагыштыралар: ахырга кадәр импеданска туры килү һәм нурланыш үзенчәлекләре; һәр очракта FoM заманча (SoA) антенналарында ачыклана һәм тикшерелә.
2. Тапшыру киңлеге һәм туры килү: 50Ω булмаган RF челтәрләре
50Ω характеристик импеданс - микродулкынлы инженер кушымталарында сүндерү һәм көч арасындагы компромиссны иртә карау. Антенналарда импеданс полосасы киңлеге ешлык диапазоны итеп билгеләнә, анда чагылган көч 10% тан кимрәк (S11 <- 10 dB). Түбән тавыш көчәйткечләре (LNA), көч көчәйткечләр, детекторлар гадәттә 50Ω кертү импеданс матчы белән эшләнгәнгә, 50Ω чыганагы традицион рәвештә күрсәтелә.
Ректеннада антенна чыгышы турыдан-туры ректификатор белән тукландырыла, һәм диодның сызыксызлыгы кертү импедансының зур үзгәрүенә китерә, конденсатор компоненты өстенлек итә. 50Ω антеннаны алсак, төп проблема - кертү импедансын кызыксыну ешлыгында ректификатор импедансына үзгәртү һәм аны билгеле бер көч дәрәҗәсе өчен оптимальләштерү өчен өстәмә RF туры килүче челтәр проектлау. Бу очракта, эффектив RF-ны DC конверсиясенә тәэмин итү өчен, ахырдан-ахырга кадәр импеданс киңлеге кирәк. Шуңа күрә, антенналар теоретик яктан чиксез яки ультрак киң киңлеккә периодик элементлар яки үз-үзен тулыландыручы геометрия ярдәмендә ирешә алсалар да, ректенаның полоса киңлеге ректификаторга туры килүче челтәр белән тыгызланачак.
Берничә ректенна топологиясе бер полосалы һәм күп полосалы урып-җыюга яки WPT чагылдыруны киметеп һәм антенна белән ректификатор арасында көч күчерүне максимальләштереп тәкъдим ителде. 2 нче рәсемдә импеданска туры килгән архитектура буенча категорияләнгән ректенна топологияләренең структуралары күрсәтелгән. 2-нче таблицада һәр категория өчен югары-киңлек киңлегенә (бу очракта FoM) югары җитештерүчәнле ректенналар мисаллары күрсәтелгән.
Рәсем 2 Ректенна топологияләре киңлек киңлеге һәм импеданс туры килү күзлегеннән. а) Стандарт антенна белән бер полосалы ректенна. б) күпбандлы ректенна (бер-берсенә кушылган антенналардан тора) бер ректификатор һәм бер төркемгә туры килгән челтәр белән. в) киң полосалы ректенна, берничә RF порты һәм һәр төркем өчен аерым челтәрләр. г) киң полосалы антенна һәм киң полосалы челтәр белән киң полосалы ректенна. д) турыдан-туры ректификаторга туры килгән электрлы кечкенә антенна кулланып, бер полосалы ректенна. е) ректификатор белән кушылу өчен катлаулы импеданслы бер полосалы, электрлы зур антенна. g) киң ешлыклы ректенна катлаулы импеданс белән, ешлык диапазонында ректификатор белән кушылырга.
WPT һәм тирә-юньдәге Азатлык радиотехникасы төрле ректенна кушымталары булса да, антенна, ректификатор һәм йөк арасындагы ахырга туры килүгә ирешү, киңлек киңлегеннән югары энергия конверсия эффективлыгына (PCE) ирешү өчен бик мөһим. Шуңа да карамастан, WPT ректенналары билгеле бер көч дәрәҗәсендә (топологияләр a, e һәм f) бер полосалы PCE-ны яхшырту өчен югары сыйфатлы факторга туры килүгә (түбән S11) ирешүгә күбрәк игътибар бирәләр. Бер полосалы WPT киң киңлеге системаның иммунитетын яхшырта, җитешсезлекләр җитештерә һәм паразитлар төрә. Икенче яктан, Азатлык радиеннары күп полосалы эшне өстен күрәләр һәм bd һәм g топологияләренә карыйлар, чөнки бер төркемнең көч спектр тыгызлыгы (PSD) гадәттә түбән.
3. Турыпочмаклы антенна дизайны
1. Бер ешлыклы ректенна
Бер ешлыклы ректенаның антенна дизайны (топология А), нигездә, сызыклы поляризация (LP) яки җир полосасында түгәрәк поляризация (CP) нурланыш пакеты, дипол антеннасы һәм инверверт F антенна кебек стандарт антенна дизайнына нигезләнгән. Дифференциаль тасма ректенна берничә антенна берәмлеге яки конфигурацияләнгән DC һәм RF берничә комбинация белән конфигурацияләнгән DC комбинация массивына нигезләнгән.
Тәкъдим ителгән антенналарның күбесе бер ешлыклы антенналар булганлыктан һәм бер ешлыклы WPT таләпләренә туры килгәнгә, экологик күп ешлыклы Азатлык эзләгәндә, бер ешлыклы антенналар күп полосалы ректенналарга (В топологиясе) үзара кушылуны кысу һәм Энергия белән идарә итү схемасыннан соң бәйсез DC комбинациясе, аларны RF алу һәм конверсия схемасыннан тулысынча аеру өчен. Моның өчен һәр төркем өчен берничә электр белән идарә итү схемасы кирәк, бу көчәйткеч конвертерның эффективлыгын киметергә мөмкин, чөнки бер төркемнең DC көче түбән.
2. Күп тасмалы һәм киң полосалы Азатлык антенналары
Экологик Азатлык еш кына күп тасмалы сатып алу белән бәйле; Шуңа күрә, стандарт антенна конструкцияләренең киңлек киңлеген яхшырту өчен, ике төркемле яки төркемле антенна массивларын формалаштыру ысуллары тәкъдим ителде. Бу бүлектә без Азатлык радиосы өчен махсус антенна конструкцияләрен, шулай ук ректенна буларак куллану мөмкинлеге булган классик күп тасмалы антенналарны карыйбыз.
Копланар дулкын саклагыч (CPW) монопол антенналары шул ук ешлыкта микрострип пач антенналарына караганда азрак мәйдан били һәм LP яки CP дулкыннары чыгара, һәм еш кына киң полосалы экологик ректенналар өчен кулланыла. Уйлану самолетлары изоляцияне арттыру һәм табышны яхшырту өчен кулланыла, нәтиҗәдә патч антенналарына охшаган нурланыш формалары барлыкка килә. Копланар дулкынлы антенналар 1,8-2,7 ГГц яки 1–3 ГГц кебек күп ешлыклы полосалар өчен импеданс киңлеген яхшырту өчен кулланыла. Купланган туклану уяты антенналары һәм пач антенналары шулай ук күп полосалы ректенна дизайннарында кулланыла. 3 нче рәсемдә берничә полоса киңлеген яхшырту техникасын кулланган кайбер хәбәр ителгән күп полосалы антенналар күрсәтелгән.
Рәсем 3
Антенна-ректификатор импеданс туры килүе
50Ω антеннаны сызыксыз ректификаторга туры китерү авыр, чөнки аның кертү импедициясе ешлык белән бик нык үзгәрә. А һәм В топологияләрендә (2 нче рәсем), уртак челтәр - бер-бер артлы элементлар кулланып LC матчы; шулай да, чагыштырмача киңлек киңлеге күпчелек элемтә төркемнәреннән түбән. Бер полосалы чүп үләне туры килү гадәттә микродулкынлы һәм миллиметр-дулкынлы полосаларда 6 ГГцдан түбәндә кулланыла, һәм хәбәр ителгән миллиметр-дулкынлы ректенналарның табигый киң киңлеге бар, чөнки аларның PCE полосасы киңлеге гармоник кысу белән тыгызланган, бу аларны аеруча яраклы итә. 24 ГГц лицензиясез төркемдә WPT кушымталары.
C һәм D топологияләрендәге ректенналарның катлаулырак челтәрләре бар. Тулы таратылган линиягә туры килүче челтәрләр киң полосалы туры килү өчен тәкъдим ителде, чыгу портында RF блок / DC кыска схемасы (фильтр аша) яки диод гармоникасының кире юлы буларак DC блок конденсаторы. Ректификатор компонентларын коммерция электрон дизайн автоматлаштыру кораллары ярдәмендә синтезланган басма схема тактасы (PCB) дидигитацияләнгән конденсаторлар белән алыштырырга мөмкин. Башка хәбәр ителгән киң полосалы ректеннага туры килүче челтәрләр түбән ешлыкларга туры килү өчен берләштерелгән элементларны берләштерәләр һәм кертүдә кыска RF булдыру өчен таратылган элементларны.
Йөкнең чыганак аша күзәтелгән кертү импедансын үзгәртү (чыганакны тарту техникасы буларак билгеле) киң полосалы ректификаторны 57% чагыштырма киңлек (1,25-2,25 ГГц) һәм 10% югарырак PCE белән эшләнгән яки таратылган схемалар белән чагыштырганда кулланылган. . Тиешле челтәрләр, гадәттә, 50Ω киңлек киңлегендә антенналарга туры килерлек итеп эшләнгән булса да, әдәбиятта киң полосалы антенналар тар полосалы төзәтүчеләргә тоташкан хәбәрләр бар.
Гибрид киселгән элемент һәм таратылган элементка туры килгән челтәрләр C һәм D топологияләрендә киң кулланылган, серия индуктивлык кәтүкләре һәм конденсаторлар иң еш кулланыла торган элементлар. Болар стандарт конструкторлар кебек катлаулы структуралардан сакланалар, алар стандарт микросрип сызыкларына караганда төгәл модельләштерүне һәм ясалуны таләп итәләр.
Ректификаторга кертү көче диодның сызыксызлыгы аркасында кертү импедансына тәэсир итә. Шуңа күрә, ректенна PCE-ны билгеле кертү көче һәм йөк импедансы өчен максимальләштерү өчен эшләнгән. Диодлар беренче чиратта 3 ГГцдан түбән ешлыкларда сыйдырышлы югары импеданс булганлыктан, туры челтәрләрне бетерүче яки гадиләштерелгән схемаларны минимальләштерүче киң полосалы ректеналар Prf> 0 dBm һәм 1 ГГц ешлыкларына юнәлтелгән, чөнки диодлар түбән сыйдырышлык импеданска ия һәм яхшы туры килә ала. антеннага, шулай итеп кертү реакцияләре булган антенналар дизайныннан кача> 1000Ω.
Адаптив яки конфигурацияләнә торган импеданс туры килү CMOS ректенналарында күренде, анда челтәр чип конденсатор банкларыннан һәм индуктивлык кәтүгеннән тора. Статик CMOS туры килүче челтәрләр 50Ω стандарт антенналар өчен, шулай ук бергә эшләнгән цикл антенналары өчен дә тәкъдим ителде. Мәгълүм булганча, пассив CMOS электр детекторлары антеннаның чыгуын төрле төзәтүчеләргә һәм булган челтәргә туры килгән челтәрләргә юнәлтүче ачкычларны контрольдә тоту өчен кулланыла. Бер-бер артлы көйләнә торган конденсаторлар ярдәмендә үзгәртелә торган туры килүче челтәр тәкъдим ителде, ул вектор челтәре анализаторы ярдәмендә кертү импеденциясен үлчәгәндә яхшы көйләү белән көйләнгән. Конфигурацияләнә торган микросрипка туры килүче челтәрләрдә, ике эффектлы характеристикаларга ирешү өчен, туры эффектларны көйләү өчен кыр эффекты транзистор ачкычлары кулланылды.
Антенналар турында күбрәк белү өчен зинһар керегез:
Пост вакыты: Авг-09-2024
