Антенна-Тугызгыч Берлектәге Дизайн
2 нче рәсемдәге EG топологиясенә ияргән ректенналарның үзенчәлеге шунда: антенна турыдан-туры 50Ω стандартына түгел, ә турылаткычка туры китерелә, бу турылаткычны эшләтеп җибәрү өчен туры китерүче схеманы минимальләштерүне яки бетерүне таләп итә. Бу бүлектә 50Ω булмаган антенналы SoA ректенналарының һәм туры китерүче челтәрләре булмаган ректенналарның өстенлекләре карала.
1. Электрик яктан кечкенә антенналар
LC резонанслы боҗралы антенналар система зурлыгы мөһим булган кушымталарда киң кулланыла. 1 ГГц тан түбән ешлыкларда дулкын озынлыгы стандарт таралган элемент антенналарының системаның гомуми зурлыгыннан күбрәк урын алуына китерергә мөмкин, һәм тән имплантлары өчен тулысынча интеграцияләнгән кабул иткечләр кебек кушымталар WPT өчен электр ягыннан кечкенә антенналар кулланудан аеруча файда күрә.
Кечкенә антеннаның югары индуктив импедансы (якын резонанс) турыдан-туры турылаткычны тоташтыру өчен яки чип эчендәге өстәмә сыйдырышлы туры китерү челтәре белән кулланылырга мөмкин. Электр ягыннан кечкенә антенналар турында WPTда Гюйгенс диполь антенналары кулланып, ka=0,645, ә гадәти дипольләрдә ka=5,91 (ka=2πr/λ0) белән хәбәр ителде.
2. Төзәткеч конъюгат антеннасы
Диодның гадәти керү импедансы югары сыйдырышлы, шуңа күрә конъюгат импеданска ирешү өчен индуктив антенна кирәк. Чипның сыйдырышлы импедансы аркасында, югары импеданслы индуктив антенналар RFID тегларында киң кулланыла. Диполь антенналары соңгы вакытта катлаулы импеданслы RFID антенналарында трендка әйләнде, резонанс ешлыгы янында югары импеданс (каршылык һәм реактивлык) күрсәтәләр.
Индуктив диполь антенналары кызыксыну уята торган ешлык диапазонындагы турылаткычның югары сыйдырышлыгына туры килү өчен кулланылган. Бөкләнгән диполь антеннасында икеләтә кыска линия (диполь бөкләү) импеданс трансформаторы ролен үти, бу бик югары импеданс антеннасын проектлау мөмкинлеген бирә. Икенче яктан, тайпылышлы туклану индуктив реактивлыкны да, чын импедансны да арттыру өчен җаваплы. Берничә тайпылышлы диполь элементларын балансланмаган бантиклы радиаль стендлар белән берләштерү икеләтә киң полосалы югары импеданс антеннасы барлыкка китерә. 4 нче рәсемдә кайбер хәбәр ителгән турылаткыч конъюгат антенналары күрсәтелгән.
4 нче рәсем
RFEH һәм WPT радиация үзенчәлекләре
Friis моделендә, тапшыргычтан d ераклыкта урнашкан антенна тарафыннан кабул ителгән PRX көче кабул итүче һәм тапшыргыч көчәйтүләренең (GRX, GTX) турыдан-туры функциясе булып тора.
Антеннаның төп өлешенең юнәлеше һәм поляризациясе төшкән дулкыннан җыелган көч күләменә турыдан-туры йогынты ясый. Антенна нурланышы үзенчәлекләре - әйләнә-тирә мохиттәге RFH һәм WPT арасындагы аерманы күрсәтүче төп параметрлар (5 нче рәсем). Ике кулланылышта да таралу мохите билгесез булырга мөмкин һәм аның кабул ителгән дулкынга йогынтысын исәпкә алырга кирәк булса да, тапшыру антеннасы турындагы белемнәрдән файдаланырга мөмкин. 3 нче таблицада бу бүлектә каралган төп параметрлар һәм аларның RFH һәм WPT өчен кулланылышы күрсәтелгән.
5 нче рәсем
1. Юнәлеш һәм табыш
Күпчелек RFEH һәм WPT кушымталарында коллектор төшкән нурланыш юнәлешен белми һәм күрү сызыгы (LoS) юлы юк дип фаразлана. Бу эштә, тапшыргыч һәм кабул итүче арасындагы төп өлешнең тигезләнешеннән бәйсез рәвештә, билгесез чыганактан алынган көчне максимальләштерү өчен берничә антенна конструкциясе һәм урнашуы тикшерелде.
Омнивенцияле антенналар әйләнә-тирә мохит RFEH ректенналарында киң кулланыла. Әдәбиятта PSD антеннаның юнәлешенә карап үзгәрә. Ләкин көч үзгәрүе аңлатылмаган, шуңа күрә бу үзгәрү антеннаның нурланыш үрнәгенә яки поляризация туры килмәүенә бәйлеме икәнен ачыклау мөмкин түгел.
RFH кушымталарыннан тыш, түбән RF көч тыгызлыгының җыю нәтиҗәлелеген арттыру яки таралу югалтуларын җиңү өчен микродулкынлы WPT өчен югары көчәнешле юнәлешле антенналар һәм массивлар турында киң хәбәрләр бар. Яги-Уда ректенна массивлары, галстуклы массивлар, спираль массивлар, тыгыз тоташтырылган Vivaldi массивлары, CPW CP массивлары һәм патч массивлары билгеле бер мәйданда төшү көч тыгызлыгын максимальләштерә алырлык масштабланырлык ректенна гамәлгә ашырулары арасында. Антенна көчәнешен яхшыртуның башка ысулларына WPT өчен махсус булган микродулкынлы һәм миллиметр дулкын полосаларында субстрат интеграцияләнгән дулкын үткәргече (SIW) технологиясе керә. Ләкин, югары көчәнешле ректенналар тар нур киңлекләре белән характерлана, бу теләсә нинди юнәлештә дулкыннарны кабул итүне нәтиҗәсез итә. Антенна элементлары һәм портлары санын тикшерүләр югарырак юнәлешлелекнең өч үлчәмле теләсә нинди төшүне исәпкә алып, әйләнә-тирә мохиттәге RFHда югарырак җыю көченә туры килмәвен күрсәтте; бу шәһәр мохитендә кыр үлчәүләре белән расланды. Югары көчәнешле массивлар WPT кушымталары белән чикләнергә мөмкин.
Югары көчәйткечле антенналарның өстенлекләрен теләсә нинди RFHларга күчерү өчен, юнәлеш мәсьәләсен хәл итү өчен упаковка яки макет чишелешләре кулланыла. Ике яклы антенна беләзеге әйләнә-тирәдәге Wi-Fi RFHлардан энергияне ике юнәлештә җыю өчен тәкъдим ителә. Әйләнә-тирәдәге кәрәзле RFH антенналары шулай ук 3D тартмалар рәвешендә эшләнгән һәм система мәйданын киметү һәм күп юнәлешле җыю мөмкинлеген бирү өчен тышкы өслекләргә бастырылган яки ябыштырылган. Кубик ректенна структуралары әйләнә-тирәдәге RFHларда энергия кабул итү ихтималын югарырак күрсәтә.
2,4 ГГц, 4 × 1 массивларда WPTны яхшырту өчен, антенна конструкциясенә нур киңлеген арттыру өчен яхшыртулар кертелде, шул исәптән ярдәмче паразит ямау элементлары да кертелде. Шулай ук, порт саен берничә нур күрсәтүче күп нурлы өлкәләре булган 6 ГГц челтәрле антенна тәкъдим ителде. Күп юнәлешле һәм күп поляризацияләнгән RFEH өчен күп юнәлешле нурланыш үрнәкләре булган күп портлы, күп турылаткычлы өслек ректенналары һәм энергия җыю антенналары тәкъдим ителде. Югары көчәнешле, күп юнәлешле энергия җыю өчен шулай ук нур формалаштыручы матрицалары булган күп турылаткычлар һәм күп портлы антенна массивлары тәкъдим ителде.
Кыскасы, түбән радиоешлык тыгызлыгыннан алынган көчне арттыру өчен югары көчәнешле антенналар өстенлекле булса да, югары юнәлешле кабул итүчеләр тапшыргыч юнәлеше билгесез булган кушымталарда (мәсәлән, тирә-юньдәге RFH яки билгесез тарату каналлары аша WPT) идеаль булмаска мөмкин. Бу эштә күп юнәлешле югары көчәнешле WPT һәм RFH өчен күп нурлы ысуллар тәкъдим ителә.
2. Антенна поляризациясе
Антенна поляризациясе электр кыры векторының антенна таралу юнәлешенә карата хәрәкәтен сурәтли. Поляризация туры килмәүчәнлеге, төп өлеш юнәлешләре туры килгән очракта да, антенналар арасында тапшыру/кабул итүнең кимүенә китерергә мөмкин. Мәсәлән, тапшыру өчен вертикаль LP антеннасы, ә кабул итү өчен горизонталь LP антеннасы кулланылса, энергия алынмаячак. Бу бүлектә сымсыз кабул итү нәтиҗәлелеген максимальләштерү һәм поляризация туры килмәүчәнлеген югалтуларны булдырмау өчен хәбәр ителгән ысуллар карала. Поляризациягә карата тәкъдим ителгән ректенна архитектурасының кыскача эчтәлеге 6 нчы рәсемдә, ә SoA мисалы 4 нче таблицада күрсәтелгән.
6 нчы рәсем
Кәрәзле элемтәдә база станцияләре һәм мобиль телефоннар арасында сызыклы поляризация тигезләнешенә ирешү бик аз ихтимал, шуңа күрә база станциясе антенналары поляризация туры килмәү югалтуларын булдырмас өчен икеләтә поляризацияләнгән яки күп поляризацияләнгән итеп эшләнгән. Ләкин, күп юллы эффектлар аркасында LP дулкыннарының поляризация үзгәрүе чишелмәгән проблема булып кала. Күп поляризацияләнгән мобиль база станцияләре фаразына нигезләнеп, кәрәзле RFEH антенналары LP антенналары буларак эшләнгән.
CP ректенналары, нигездә, WPTда кулланыла, чөнки алар туры килмәүгә чагыштырмача чыдам. CP антенналары барлык LP дулкыннарыннан тыш, бер үк әйләнү юнәлешендә (сул куллы яки уң куллы CP) CP нурланышын да энергия югалтусыз кабул итә ала. Ничек кенә булмасын, CP антеннасы тапшыра, ә LP антеннасы 3 дБ югалту (50% энергия югалту) белән кабул итә. CP ректенналары 900 МГц һәм 2,4 ГГц һәм 5,8 ГГц сәнәгать, фәнни һәм медицина диапазоннары, шулай ук миллиметр дулкыннары өчен яраклы дип хәбәр ителә. Иркен поляризацияләнгән дулкыннарның RFHсында поляризация төрлелеге поляризация туры килмәү югалтуларына потенциаль чишелеш булып тора.
Тулы поляризация, шулай ук күп поляризация дип тә атала, поляризация туры килмәүчәнлеген югалтуларны тулысынча җиңәр өчен тәкъдим ителде, бу CP һәм LP дулкыннарын җыю мөмкинлеген бирә, ике ике поляризацияләнгән ортогональ LP элементы барлык LP һәм CP дулкыннарын нәтиҗәле кабул итә. Моны күрсәтү өчен, вертикаль һәм горизонталь челтәр көчәнешләре (VV һәм VH) поляризация почмагына карамастан даими булып кала:
CP электромагнит дулкыны “E” электр кыры, анда көч ике тапкыр җыела (берәмлеккә бер тапкыр), шуның белән CP компонентын тулысынча ала һәм 3 дБ поляризация туры килмәүчәнлеге югалтуын җиңә:
Ниһаять, даими ток комбинациясе аша теләсә нинди поляризациянең төшкән дулкыннарын алырга мөмкин. 7 нче рәсемдә хәбәр ителгән тулысынча поляризацияләнгән ректеннаның геометриясе күрсәтелгән.
7 нче рәсем
Кыскасы, махсус электр белән тәэмин итүче WPT кушымталарында CP өстенлекле, чөнки ул антеннаның поляризация почмагына карамастан WPT нәтиҗәлелеген яхшырта. Икенче яктан, күп чыганаклы алуда, бигрәк тә әйләнә-тирә мохит чыганакларыннан, тулысынча поляризацияләнгән антенналар гомуми кабул итүне һәм максималь күчереп йөртергә мөмкинлекне яхшырак тәэмин итә ала; RF яки DC'та тулысынча поляризацияләнгән көчне берләштерү өчен күп портлы/күп турылаткычлы архитектуралар кирәк.
Кыскача мәгълүмат
Бу мәкаләдә RFEH һәм WPT өчен антенна дизайнындагы соңгы алгарыш карала һәм алдагы әдәбиятта тәкъдим ителмәгән RFEH һәм WPT өчен антенна дизайнының стандарт классификациясе тәкъдим ителә. Югары RF-DC нәтиҗәлелегенә ирешү өчен антеннаның өч төп таләбе билгеләнде:
1. Кызыксыну тудырган RFEH һәм WPT диапазоннары өчен антенна турылаткычының импеданс полосасы киңлеге;
2. WPT'да махсус тукланудан тапшыргыч һәм кабул итүче арасындагы төп өлешнең тигезләнеше;
3. Почмакка һәм урнашуга карамастан, ректенна һәм төшүче дулкын арасындагы поляризацияне туры китерү.
Импеданс нигезендә, ректенналар 50Ω һәм турылаткыч конъюгат ректенналарга бүленә, төрле диапазоннар һәм йөкләнешләр арасындагы импеданс туры килүенә һәм һәр туры китерү ысулының нәтиҗәлелегенә игътибар ителә.
SoA ректенналарының нурланыш үзенчәлекләре туры юнәлеш һәм поляризация перспективасыннан каралды. Тар нур киңлеген җиңү өчен нур формалаштыру һәм төрү юлы белән көчәйтүне яхшырту ысуллары тикшерелде. Ахырда, WPT өчен CP ректенналары, шулай ук WPT һәм RFEH өчен поляризациягә бәйсез кабул итүгә ирешү өчен төрле реализацияләр карала.
Антенналар турында күбрәк белер өчен, зинһар, түбәндәге сайтларга керегез:
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 16 августы
