Kev Tsim Kho Antenna-Rectifier
Tus yam ntxwv ntawm rectennas ua raws li EG topology hauv Daim Duab 2 yog tias lub antenna raug phim ncaj qha rau lub rectifier, es tsis yog tus qauv 50Ω, uas yuav tsum tau txo qis lossis tshem tawm qhov sib phim Circuit Court kom muaj zog rau lub rectifier. Ntu no tshuaj xyuas qhov zoo ntawm SoA rectennas nrog cov antennas uas tsis yog 50Ω thiab rectennas tsis muaj cov tes hauj lwm sib phim.
1. Cov Antennas Me Me Uas Siv Hluav Taws Xob
Cov kav hlau txais xov LC resonant tau siv dav hauv cov ntawv thov uas qhov loj ntawm lub kaw lus tseem ceeb heev. Ntawm cov zaus qis dua 1 GHz, qhov wavelength yuav ua rau cov kav hlau txais xov txheem faib tawm kom siv qhov chaw ntau dua li qhov loj tag nrho ntawm lub kaw lus, thiab cov ntawv thov xws li cov transceivers sib xyaw ua ke rau kev cog lub cev tshwj xeeb tshaj yog tau txais txiaj ntsig los ntawm kev siv cov kav hlau txais xov me me rau WPT.
Qhov siab inductive impedance ntawm lub antenna me me (ze resonance) siv tau los txuas ncaj qha rau lub rectifier lossis nrog lub network sib phim capacitive ntxiv rau ntawm-chip. Cov antennas me me uas siv hluav taws xob tau tshaj tawm hauv WPT nrog LP thiab CP qis dua 1 GHz siv Huygens dipole antennas, nrog ka = 0.645, thaum ka = 5.91 hauv cov dipoles ib txwm (ka = 2πr / λ0).
2. Rectifier conjugate antenna
Tus qauv input impedance ntawm lub diode yog capacitive heev, yog li ntawd yuav tsum muaj lub antenna inductive kom ua tiav conjugate impedance. Vim yog lub capacitive impedance ntawm lub chip, cov antennas inductive impedance siab tau siv dav hauv RFID tags. Dipole antennas tsis ntev los no tau dhau los ua ib qho kev hloov pauv hauv cov antennas RFID impedance nyuaj, qhia txog impedance siab (tsis kam thiab reactance) ze ntawm lawv cov zaus resonant.
Cov kav hlau txais xov inductive dipole tau siv los phim qhov muaj peev xwm siab ntawm lub rectifier hauv qhov zaus ntawm qhov txaus siab. Hauv lub kav hlau txais xov dipole uas quav, ob txoj kab luv luv (dipole folding) ua haujlwm ua lub impedance transformer, tso cai rau kev tsim ntawm lub kav hlau txais xov impedance siab heev. Xwb, kev pub mis bias yog lub luag haujlwm rau kev nce qhov inductive reactance nrog rau qhov impedance tiag tiag. Kev sib xyaw ua ke ntau yam biased dipole elements nrog unbalanced bow-tie radial stubs tsim lub kav hlau txais xov dual broadband siab impedance. Daim duab 4 qhia qee qhov kev tshaj tawm rectifier conjugate antennas.
Daim Duab 4
Cov yam ntxwv ntawm kev tawg hauv RFEH thiab WPT
Hauv tus qauv Friis, lub zog PRX tau txais los ntawm lub kav hlau txais xov ntawm qhov deb d ntawm lub transmitter yog ib qho kev ua haujlwm ncaj qha ntawm lub receiver thiab transmitter nce (GRX, GTX).
Lub antenna lub lobe tseem ceeb directivity thiab polarization ncaj qha cuam tshuam rau qhov ntau ntawm lub zog sau los ntawm nthwv dej tshwm sim. Cov yam ntxwv ntawm lub antenna hluav taws xob yog cov yam ntxwv tseem ceeb uas sib txawv ntawm ambient RFEH thiab WPT (Daim Duab 5). Txawm hais tias nyob rau hauv ob qho kev siv, qhov nruab nrab propagation tej zaum yuav tsis paub thiab nws cov nyhuv rau nthwv dej tau txais yuav tsum tau xav txog, kev paub ntawm lub antenna xa tuaj yeem siv tau. Rooj 3 txheeb xyuas cov yam ntxwv tseem ceeb uas tau tham hauv ntu no thiab lawv qhov kev siv rau RFEH thiab WPT.
Daim Duab 5
1. Kev coj ncaj ncees thiab kev nce qib
Hauv feem ntau ntawm RFEH thiab WPT daim ntawv thov, nws xav tias tus sau tsis paub qhov kev taw qhia ntawm qhov hluav taws xob tshwm sim thiab tsis muaj txoj kab pom (LoS). Hauv txoj haujlwm no, ntau tus qauv tsim thiab qhov chaw tau raug tshawb xyuas kom ua kom muaj zog tau txais los ntawm qhov chaw tsis paub, tsis hais txog qhov sib phim ntawm lub lobe tseem ceeb ntawm lub transmitter thiab lub receiver.
Cov kav hlau txais xov omnidirectional tau siv dav hauv cov chaw taws teeb RFEH ib puag ncig. Hauv cov ntaub ntawv, PSD sib txawv nyob ntawm qhov kev taw qhia ntawm lub kav hlau txais xov. Txawm li cas los xij, qhov sib txawv ntawm lub zog tsis tau piav qhia, yog li nws tsis tuaj yeem txiav txim siab seb qhov sib txawv yog vim tus qauv hluav taws xob ntawm lub kav hlau txais xov lossis vim yog qhov tsis sib xws ntawm polarization.
Ntxiv rau RFEH daim ntawv thov, cov kav hlau txais xov siab thiab cov arrays tau tshaj tawm dav dav rau microwave WPT los txhim kho kev sau cov txiaj ntsig ntawm RF lub zog qis lossis kov yeej kev poob ntawm kev sib kis. Yagi-Uda rectenna arrays, bowtie arrays, spiral arrays, tightly coupled Vivaldi arrays, CPW CP arrays, thiab patch arrays yog cov kev siv rectenna scalable uas tuaj yeem ua kom muaj zog ntau dua nyob rau hauv ib cheeb tsam. Lwm txoj hauv kev los txhim kho antenna nce suav nrog substrate integrated waveguide (SIW) technology hauv microwave thiab millimeter wave bands, tshwj xeeb rau WPT. Txawm li cas los xij, high-gain rectennas yog tus cwj pwm los ntawm qhov nqaim beamwidths, ua rau kev txais cov nthwv dej hauv cov lus qhia tsis zoo. Kev tshawb nrhiav rau tus lej ntawm cov ntsiab lus antenna thiab chaw nres nkoj xaus lus tias kev coj ua siab dua tsis sib xws rau lub zog sau tau siab dua hauv ambient RFEH xav tias peb-dimensional arbitrary incidence; qhov no tau txheeb xyuas los ntawm kev ntsuas teb hauv nroog ib puag ncig. High-gain arrays tuaj yeem txwv rau WPT daim ntawv thov.
Txhawm rau hloov cov txiaj ntsig ntawm cov kav hlau txais xov siab mus rau RFEHs tsis raws cai, kev ntim khoom lossis kev daws teeb meem raug siv los kov yeej qhov teeb meem kev coj ua. Lub xov tooj cua ob sab tau npaj siab los sau lub zog los ntawm ambient Wi-Fi RFEHs hauv ob qho kev taw qhia. Ambient cellular RFEH antennas kuj tau tsim los ua 3D lub thawv thiab luam tawm lossis lo rau sab nraud kom txo qhov chaw ntawm lub kaw lus thiab ua kom muaj kev sau ntau txoj kev. Cov qauv cubic rectenna qhia txog qhov muaj feem ntau dua ntawm kev txais lub zog hauv ambient RFEHs.
Kev txhim kho rau kev tsim qauv antenna kom nce qhov dav ntawm lub teeb, suav nrog cov khoom siv pabcuam parasitic patch, tau ua los txhim kho WPT ntawm 2.4 GHz, 4 × 1 arrays. Lub antenna mesh 6 GHz nrog ntau thaj tsam ntawm lub teeb kuj tau raug thov, qhia ntau lub teeb ib qho chaw nres nkoj. Ntau qhov chaw nres nkoj, ntau lub rectennas nto thiab cov antennas sau qoob loo nrog cov qauv hluav taws xob omnidirectional tau raug thov rau ntau qhov kev taw qhia thiab ntau polarized RFEH. Ntau lub rectifiers nrog beamforming matrices thiab ntau qhov chaw nres nkoj antenna arrays kuj tau raug thov rau kev sau qoob loo siab, ntau qhov kev taw qhia.
Hauv kev xaus, thaum cov kav hlau txais xov tooj cua siab tau nyiam kom txhim kho lub zog tau los ntawm cov RF qis, cov neeg txais xov tooj cua siab yuav tsis zoo tagnrho hauv cov ntawv thov uas qhov kev taw qhia ntawm lub transmitter tsis paub (piv txwv li, ambient RFEH lossis WPT los ntawm cov channel tsis paub). Hauv txoj haujlwm no, ntau txoj hauv kev ntau-beam tau pom zoo rau ntau-directional high-gain WPT thiab RFEH.
2. Antenna Polarization
Antenna polarization piav qhia txog kev txav ntawm lub zog hluav taws xob vector piv rau qhov kev taw qhia ntawm antenna. Polarization mismatches tuaj yeem ua rau kev sib kis / kev txais tos txo qis ntawm antennas txawm tias thaum cov lus qhia lobe tseem ceeb tau sib phim. Piv txwv li, yog tias lub antenna LP ntsug siv rau kev sib kis thiab lub antenna LP kab rov tav siv rau kev txais tos, yuav tsis muaj zog tau txais. Hauv seem no, cov txheej txheem tshaj tawm rau kev ua kom zoo tshaj plaws ntawm kev txais tos wireless thiab zam kev poob polarization mismatches raug tshuaj xyuas. Ib qho kev qhia luv luv ntawm cov qauv rectenna uas tau thov txog polarization tau muab rau hauv Daim Duab 6 thiab ib qho piv txwv SoA tau muab rau hauv Rooj 4.
Daim Duab 6
Hauv kev sib txuas lus ntawm tes, kev sib phim polarization linear ntawm cov chaw nres tsheb hauv paus thiab xov tooj ntawm tes tsis zoo li yuav ua tiav, yog li cov kav hlau txais xov tooj ntawm tes tau tsim los ua dual-polarized lossis multi-polarized kom tsis txhob muaj kev poob polarization mismatch. Txawm li cas los xij, qhov kev hloov pauv polarization ntawm LP nthwv dej vim muaj ntau txoj kev cuam tshuam tseem yog qhov teeb meem tsis tau daws. Raws li kev xav ntawm ntau-polarized mobile chaw nres tsheb hauv paus, cov kav hlau txais xov tooj ntawm tes RFEH tau tsim los ua LP antennas.
CP rectennas feem ntau yog siv hauv WPT vim tias lawv tiv taus qhov tsis sib xws. CP antennas muaj peev xwm txais CP hluav taws xob nrog tib qho kev tig (sab laug lossis sab xis CP) ntxiv rau txhua lub nthwv dej LP yam tsis muaj kev poob hluav taws xob. Txawm li cas los xij, CP antenna xa thiab LP antenna tau txais nrog 3 dB poob (50% poob hluav taws xob). 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 nrog rau cov nthwv dej millimeter. Hauv RFEH ntawm cov nthwv dej polarized arbitrarily, polarization diversity sawv cev rau qhov kev daws teeb meem rau polarization mismatch poob.
Kev sib xyaw ua ke tag nrho, tseem hu ua ntau-polarization, tau raug pom zoo kom kov yeej qhov kev poob tsis sib xws ntawm polarization, ua rau muaj kev sib sau ua ke ntawm ob qho tib si CP thiab LP nthwv dej, qhov twg ob lub ntsiab lus orthogonal LP ob lub polarized tau txais txhua lub nthwv dej LP thiab CP. Txhawm rau piav qhia qhov no, cov hluav taws xob ntsug thiab kab rov tav (VV thiab VH) tseem nyob ruaj khov tsis hais lub kaum sab xis polarization:
CP lub zog hluav taws xob "E" nthwv dej hluav taws xob, qhov twg lub zog tau sau ob zaug (ib zaug rau ib chav), yog li ntawd tau txais tag nrho CP Cheebtsam thiab kov yeej qhov poob ntawm 3 dB polarization mismatch:
Thaum kawg, los ntawm kev sib xyaw ua ke ntawm DC, cov nthwv dej ntawm kev sib xyaw ua ke tuaj yeem tau txais. Daim duab 7 qhia txog geometry ntawm qhov kev tshaj tawm tag nrho polarized rectenna.
Daim Duab 7
Hauv kev xaus, hauv WPT daim ntawv thov nrog cov khoom siv fais fab tshwj xeeb, CP yog qhov zoo dua vim nws txhim kho WPT kev ua haujlwm tsis hais lub kaum sab xis ntawm lub antenna. Ntawm qhov tod tes, hauv ntau qhov chaw tau txais, tshwj xeeb tshaj yog los ntawm cov chaw ib puag ncig, cov antennas polarized tag nrho tuaj yeem ua tiav qhov kev txais tos zoo dua thiab qhov siab tshaj plaws; ntau-chaw nres nkoj / ntau-rectifier architectures yog qhov yuav tsum tau ua ke tag nrho lub zog polarized ntawm RF lossis DC.
Kev Txheeb Xyuas
Daim ntawv no tshuaj xyuas qhov kev nce qib tsis ntev los no hauv kev tsim lub kav hlau txais xov rau RFEH thiab WPT, thiab tawm tswv yim rau kev faib tawm tus qauv ntawm kev tsim lub kav hlau txais xov rau RFEH thiab WPT uas tsis tau muaj nyob rau hauv cov ntaub ntawv yav dhau los. Peb qhov yuav tsum tau ua kom lub kav hlau txais xov yooj yim rau kev ua tiav RF-rau-DC ua haujlwm tau raug txheeb xyuas tias yog:
1. Antenna rectifier impedance bandwidth rau RFEH thiab WPT bands ntawm kev txaus siab;
2. Kev sib dhos ntawm lub ntsiab lus tseem ceeb ntawm lub transmitter thiab receiver hauv WPT los ntawm kev pub tshwj xeeb;
3. Kev sib phim polarization ntawm rectenna thiab nthwv dej tsis hais lub kaum sab xis thiab qhov chaw.
Raws li impedance, rectennas raug faib ua 50Ω thiab rectifier conjugate rectennas, nrog rau kev tsom mus rau impedance matching ntawm ntau yam bands thiab loads thiab qhov ua tau zoo ntawm txhua txoj kev sib phim.
Cov yam ntxwv ntawm kev tawg ntawm SoA rectennas tau raug tshuaj xyuas los ntawm qhov kev xav ntawm kev coj ua thiab polarization. Cov txheej txheem los txhim kho qhov nce los ntawm beamforming thiab ntim khoom kom kov yeej qhov nqaim beamwidth tau tham txog. Thaum kawg, CP rectennas rau WPT tau raug tshuaj xyuas, nrog rau ntau yam kev siv los ua kom tiav polarization-ywj pheej txais tos rau WPT thiab RFEH.
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Lub sijhawm tshaj tawm: Lub Yim Hli-16-2024
