Kav hlau txais xov-Rectifier Co-tsim
Tus yam ntxwv ntawm rectennas tom qab EG topology hauv daim duab 2 yog tias tus kav hlau txais xov ncaj qha mus rau lub rectifier, tsis yog tus qauv 50Ω, uas yuav tsum tau txo qis los yog tshem tawm qhov sib txuam rau lub hwj chim rectifier. Tshooj lus no tshuaj xyuas qhov zoo ntawm SoA rectennas nrog cov kav hlau txais xov tsis-50Ω thiab rectennas yam tsis muaj kev sib koom tes.
1. Hluav taws xob cov kav hlau txais xov me me
LC resonant nplhaib kav hlau txais xov tau siv dav hauv cov ntawv thov uas qhov system loj yog qhov tseem ceeb. Ntawm cov zaus qis dua 1 GHz, lub wavelength yuav ua rau cov qauv faib cov kav hlau txais xov kom nyob ntau qhov chaw tshaj qhov loj ntawm lub cev, thiab cov ntawv thov xws li kev sib xyaw ua ke transceivers rau lub cev cog tshwj xeeb yog cov txiaj ntsig los ntawm kev siv hluav taws xob me me kav hlau txais xov rau WPT.
Lub siab inductive impedance ntawm tus kav hlau txais xov me me (ze resonance) tuaj yeem siv ncaj qha rau ob peb lub rectifier lossis nrog rau ib qho ntxiv ntawm-chip capacitive txuam network. Cov kav hlau txais xov me me tau tshaj tawm hauv WPT nrog LP thiab CP hauv qab 1 GHz siv Huygens dipole antennas, nrog ka = 0.645, thaum ka = 5.91 hauv ib txwm dipoles (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate kav hlau txais xov
Lub input impedance ntawm ib tug diode yog heev capacitive, yog li yuav tsum tau ib tug inductive kav hlau txais xov kom ua tau conjugate impedance. Vim lub capacitive impedance ntawm lub nti, siab impedance inductive kav hlau txais xov tau dav siv nyob rau hauv RFID cim npe. Dipole kav hlau txais xov tsis ntev los no tau dhau los ua ib qho kev sib txawv hauv cov kav hlau txais xov impedance RFID, nthuav tawm siab impedance (kuj thiab reactance) nyob ze lawv cov zaus resonant.
Inductive dipole antennas tau siv los ua kom haum rau lub siab capacitance ntawm lub rectifier nyob rau hauv lub zaus band ntawm kev txaus siab. Nyob rau hauv lub kav hlau txais xov dipole folded, ob txoj kab luv luv (dipole folding) ua raws li lub impedance transformer, tso cai rau tus tsim ntawm lub kav hlau txais xov impedance siab heev. Xwb, kev noj zaub mov tsis zoo yog lub luag haujlwm rau kev nce qhov inductive reactance nrog rau qhov tseeb impedance. Kev sib txuas ntau yam tsis ncaj ncees dipole cov ntsiab lus nrog qhov tsis sib npaug ntawm hneev-khi radial stubs tsim ib lub xov tooj cua dual broadband siab impedance. Daim duab 4 qhia qee qhov qhia txog rectifier conjugate antennas.
Daim duab 4
Radiation yam ntxwv hauv RFEH thiab WPT
Nyob rau hauv tus qauv Friis, lub hwj chim PRX tau txais los ntawm tus kav hlau txais xov ntawm qhov deb d los ntawm lub transmitter yog ib qho kev ua haujlwm ncaj qha ntawm lub receiver thiab transmitter nce (GRX, GTX).
Tus kav hlau txais xov lub ntsiab lobe directivity thiab polarization ncaj qha cuam tshuam rau lub hwj chim sau los ntawm qhov xwm txheej yoj. Cov yam ntxwv ntawm lub kav hlau txais xov hluav taws xob yog cov yam ntxwv tseem ceeb uas sib txawv ntawm ambient RFEH thiab WPT (Daim duab 5). Thaum nyob rau hauv ob daim ntawv thov kev nthuav tawm nruab nrab yuav tsis paub thiab nws cov txiaj ntsig ntawm qhov tau txais nthwv dej yuav tsum xav txog, kev paub txog kev xa xov tooj cua tuaj yeem siv tau. Table 3 txheeb xyuas cov ntsiab lus tseem ceeb uas tau tham hauv ntu no thiab lawv qhov kev siv tau rau RFEH thiab WPT.
Daim duab 5
1. Kev Ncaj Ncees thiab Tau Txais
Hauv feem ntau RFEH thiab WPT daim ntawv thov, nws tau xav tias tus neeg sau tsis paub qhov kev taw qhia ntawm qhov xwm txheej hluav taws xob thiab tsis muaj txoj hauv kev pom (LoS). Hauv kev ua haujlwm no, ntau lub kav hlau txais xov tsim thiab qhov chaw tau raug tshawb xyuas kom ua kom lub zog tau txais los ntawm qhov chaw tsis paub, tsis muaj kev ywj pheej ntawm lub ntsiab lobe kev sib raug zoo ntawm lub transmitter thiab receiver.
Omnidirectional antennas tau siv dav hauv ib puag ncig RFEH rectennas. Hauv cov ntawv nyeem, PSD sib txawv nyob ntawm qhov taw qhia ntawm tus kav hlau txais xov. Txawm li cas los xij, qhov kev hloov pauv ntawm lub hwj chim tsis tau piav qhia, yog li nws tsis tuaj yeem txiav txim siab seb qhov kev hloov pauv yog vim li cas ntawm cov qauv hluav taws xob ntawm lub kav hlau txais xov lossis vim qhov tsis sib xws ntawm polarization.
Ntxiv nrog rau RFEH daim ntawv thov, cov kav hlau txais xov thiab cov arrays tau txais txiaj ntsig zoo tshaj plaws tau tshaj tawm rau microwave WPT los txhim kho kev sau cov txiaj ntsig ntawm RF fais fab tsawg tsawg lossis kov yeej kev ploj mus. Yagi-Uda rectenna arrays, bowtie arrays, kauv arrays, nruj nreem txuas Vivaldi arrays, CPW CP arrays, thiab thaj arrays yog ntawm cov scalable rectenna kev siv uas tuaj yeem ua kom qhov xwm txheej muaj zog ceev hauv ib cheeb tsam. Lwm txoj hauv kev los txhim kho cov kav hlau txais xov muaj xws li substrate integrated waveguide (SIW) thev naus laus zis hauv microwave thiab millimeter yoj bands, tshwj xeeb rau WPT. Txawm li cas los xij, high-tau txais rectennas yog tus cwj pwm los ntawm nqaim beamwidths, ua kev txais tos ntawm nthwv dej hauv cov lus qhia arbitrary inefficient. Kev tshawb xyuas rau cov xov tooj ntawm cov kav hlau txais xov thiab cov chaw nres nkoj tau xaus lus tias kev coj ncaj ncees siab dua tsis sib haum rau cov khoom siv hluav taws xob ntau dua hauv ambient RFEH piv txwv li peb-dimensional arbitrary tshwm sim; qhov no tau txheeb xyuas los ntawm kev ntsuas kev ntsuas hauv nroog ib puag ncig. High-tau txais arrays tuaj yeem txwv rau WPT daim ntawv thov.
Txhawm rau hloov cov txiaj ntsig ntawm cov kav hlau txais xov siab mus rau qhov tsis txaus ntseeg RFEHs, ntim lossis cov txheej txheem kev daws teeb meem yog siv los daws qhov teeb meem ncaj qha. Ib tug dual-patch kav hlau txais xov wristband yog npaj los sau lub zog los ntawm ambient Wi-Fi RFEHs nyob rau hauv ob txoj kev. Ambient cellular RFEH kav hlau txais xov kuj tseem tsim los ua 3D lub thawv thiab luam tawm los yog ua raws li cov chaw sab nraud kom txo tau qhov system thiab ua kom muaj ntau txoj kev sau qoob loo. Cubic rectenna cov qauv pom muaj qhov muaj peev xwm ntau dua ntawm lub zog txais tos hauv ambient RFEHs.
Kev txhim kho rau tus kav hlau txais xov tsim kom nce beamwidth, suav nrog cov pab pawg parasitic thaj, tau tsim los txhim kho WPT ntawm 2.4 GHz, 4 × 1 arrays. Ib tug 6 GHz mesh kav hlau txais xov nrog ntau thaj tsam beam kuj tau thov, ua qauv qhia ntau kab teeb rau ib qhov chaw nres nkoj. Multi-chaw nres nkoj, multi-rectifier nto rectennas thiab lub zog sau cov kav hlau txais xov nrog cov qauv hluav taws xob omnidirectional tau raug npaj rau ntau txoj kev taw qhia thiab ntau-polarized RFEH. Multi-rectifiers nrog beamforming matrices thiab multi-chaw nres nkoj kav hlau txais xov arrays kuj tau npaj siab kom tau txais txiaj ntsig zoo, ntau lub zog sib sau.
Hauv cov ntsiab lus, thaum lub kav hlau txais xov siab tau txais txiaj ntsig zoo dua los txhim kho lub zog tau txais los ntawm qhov tsawg ntawm RF, cov neeg txais kev taw qhia siab yuav tsis zoo rau cov ntawv thov uas tsis paub txog kev xa tawm (piv txwv li, ambient RFEH lossis WPT los ntawm kev tsis paub txog kev tshaj tawm). Hauv kev ua haujlwm no, ntau txoj kev ua haujlwm ntau-nqaj tau thov rau ntau qhov kev taw qhia siab tau txais WPT thiab RFEH.
2. Kav hlau txais xov Polarization
Kav hlau txais xov polarization piav qhia txog kev txav ntawm cov hluav taws xob teb vector txheeb ze rau cov kav hlau txais xov propagation. Polarization tsis sib haum tuaj yeem ua rau txo qis kev sib kis / txais tos ntawm cov kav hlau txais xov txawm tias cov lus qhia tseem ceeb ntawm lub lobe ua raws. Piv txwv li, yog tias lub kav hlau txais xov LP ntsug yog siv rau kev sib kis thiab kab rov tav LP kav hlau txais xov yog siv rau kev txais tos, yuav tsis muaj hwj chim. Hauv seem no, tshaj tawm txoj hauv kev rau kev ua kom tau txais txiaj ntsig zoo tshaj plaws ntawm kev txais wireless thiab zam kev tsis sib haum xeeb polarization raug tshuaj xyuas. Cov ntsiab lus ntawm lub tswv yim rectenna architecture hais txog polarization yog muab rau hauv daim duab 6 thiab ib qho piv txwv SoA tau muab rau hauv Table 4.
Daim duab 6
Nyob rau hauv kev sib txuas lus ntawm tes, linear polarization kev sib raug zoo ntawm lub hauv paus chaw nres tsheb thiab cov xov tooj ntawm tes tsis zoo li yuav ua tiav, yog li lub hauv paus chaw nres tsheb kav hlau txais xov yog tsim los ua dual-polarized los yog multi-polarized kom tsis txhob polarization mismatch poob. Txawm li cas los xij, qhov sib txawv ntawm polarization ntawm LP nthwv dej vim muaj kev cuam tshuam ntau yam tseem yog qhov teeb meem tsis tau daws. Raws li qhov kev xav ntawm ntau lub xov tooj ntawm lub hauv paus chaw nres tsheb, cellular RFEH kav hlau txais xov yog tsim los ua LP kav hlau txais xov.
CP rectennas feem ntau yog siv hauv WPT vim tias lawv muaj kev tiv thaiv tsis sib haum. CP kav hlau txais xov muaj peev xwm tau txais CP hluav taws xob nrog tib txoj kev sib hloov (sab laug-tes lossis sab tes xis CP) ntxiv rau tag nrho LP tsis muaj zog. Txawm li cas los xij, CP kav hlau txais xov xa thiab LP kav hlau txais xov tau txais nrog 3 dB poob (50% lub zog poob). CP rectennas tau tshaj tawm tias tsim nyog rau 900 MHz thiab 2.4 GHz thiab 5.8 GHz kev lag luam, kev tshawb fawb, thiab kev kho mob bands nrog rau millimeter nthwv dej. Hauv RFEH ntawm arbitrarily polarized nthwv dej, polarization ntau haiv neeg sawv cev rau kev daws teeb meem rau polarization mismatch poob.
Tag nrho cov polarization, tseem hu ua multi-polarization, tau thov kom kov yeej polarization mismatch poob, ua kom muaj kev sib sau ntawm ob qho tib si CP thiab LP nthwv dej, qhov twg ob lub dual-polarized orthogonal LP cov ntsiab lus tau txais tag nrho LP thiab CP nthwv dej. Txhawm rau qhia qhov no, qhov ntsug thiab kab rov tav net voltages (VV thiab VH) nyob twj ywm tsis hais lub kaum sab xis ntawm lub polarization:
CP electromagnetic yoj "E" hluav taws xob teb, qhov twg lub zog tau sau ob zaug (ib zaug hauv ib chav), yog li tau txais tag nrho CP tivthaiv thiab kov yeej 3 dB polarization tsis sib haum:
Thaum kawg, los ntawm DC kev sib xyaw ua ke, qhov xwm txheej tsis sib haum xeeb tuaj yeem tau txais. Daim duab 7 qhia txog geometry ntawm cov lus qhia tag nrho polarized rectenna.
Daim duab 7
Hauv cov ntsiab lus, hauv WPT daim ntawv thov nrog rau cov khoom siv fais fab, CP nyiam vim nws txhim kho WPT kev ua haujlwm tsis hais lub kaum sab xis ntawm lub kav hlau txais xov. Ntawm qhov tod tes, nyob rau hauv ntau qhov kev yuav, tshwj xeeb tshaj yog los ntawm ambient qhov chaw, tag nrho cov kav hlau txais xov polarized tuaj yeem ua tiav kev txais tos zoo dua thiab qhov siab tshaj plaws; multi-port / multi-rectifier architectures yuav tsum tau ua ke tag nrho lub zog polarized ntawm RF lossis DC.
Cov ntsiab lus
Daim ntawv no tshuaj xyuas qhov kev nce qib tsis ntev los no hauv kev tsim cov kav hlau txais xov rau RFEH thiab WPT, thiab nthuav tawm cov qauv kev faib tawm ntawm cov kav hlau txais xov tsim rau RFEH thiab WPT uas tsis tau muab tso rau hauv cov ntaub ntawv dhau los. Peb lub kav hlau txais xov yooj yim yuav tsum ua kom tau txais kev ua haujlwm siab RF-rau-DC tau raug txheeb xyuas raws li:
1. Kav hlau txais xov rectifier impedance bandwidth rau RFEH thiab WPT bands txaus siab;
2. Lub ntsiab lobe kev sib raug zoo ntawm transmitter thiab receiver nyob rau hauv WPT los ntawm ib tug tshwj xeeb pub;
3. Polarization txuam ntawm lub rectenna thiab qhov teeb meem nthwv dej tsis hais lub kaum sab xis thiab txoj hauj lwm.
Raws li impedance, rectennas tau muab faib ua 50Ω thiab rectifier conjugate rectennas, nrog rau kev tsom mus rau impedance txuam ntawm txawv bands thiab loads thiab efficiency ntawm txhua txoj kev sib txuam.
Cov yam ntxwv hluav taws xob ntawm SoA rectennas tau raug tshuaj xyuas los ntawm qhov kev xav ntawm kev ncaj qha thiab polarization. Cov txheej txheem los txhim kho qhov nce los ntawm beamforming thiab ntim kom kov yeej beamwidth nqaim tau tham. Thaum kawg, CP rectennas rau WPT raug tshuaj xyuas, nrog rau ntau yam kev siv los ua kom tau txais polarization-ywj siab txais tos rau WPT thiab RFEH.
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Post lub sij hawm: Aug-16-2024
