एन्टेना-रेक्टिफायर को-डिजाइन
चित्र 2 मा EG टोपोलोजी पछ्याउने रेक्टेनाको विशेषता भनेको यो हो कि एन्टेना 50Ω मानकको सट्टा रेक्टिफायरसँग सीधा मेल खान्छ, जसले रेक्टिफायरलाई पावर गर्न मिल्दो सर्किटलाई न्यूनतम वा मेटाउन आवश्यक छ। यस खण्डले मिल्दो नेटवर्कहरू बिना गैर-50Ω एन्टेना र रेक्टेनाहरूसँग SoA रेक्टेनाका फाइदाहरूको समीक्षा गर्दछ।
1. विद्युतीय रूपमा सानो एन्टेना
LC रेजोनन्ट रिंग एन्टेनाहरू अनुप्रयोगहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ जहाँ प्रणाली आकार महत्वपूर्ण छ। 1 GHz भन्दा कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा, तरंगदैर्ध्यले मानक वितरित तत्व एन्टेनाहरूलाई प्रणालीको समग्र आकार भन्दा बढी ठाउँ ओगट्न सक्छ, र शरीर प्रत्यारोपणका लागि पूर्ण रूपमा एकीकृत ट्रान्सीभरहरू जस्ता अनुप्रयोगहरूले विशेष गरी WPT का लागि विद्युतीय रूपमा सानो एन्टेनाको प्रयोगबाट फाइदा लिन सक्छ।
सानो एन्टेनाको उच्च प्रेरक प्रतिबाधा (नजिक अनुनाद) लाई सीधा रेक्टिफायर जोड्न वा थप अन-चिप क्यापेसिटिव मिल्दो नेटवर्कको साथ प्रयोग गर्न सकिन्छ। विद्युतीय रूपमा सानो एन्टेनाहरू WPT मा LP र CP 1 GHz भन्दा कम Huygens dipole एंटेना प्रयोग गरेर रिपोर्ट गरिएको छ, ka=0.645 सँग, जबकि ka=5.91 सामान्य dipoles मा (ka=2πr/λ0)।
२. रेक्टिफायर कन्जुगेट एन्टेना
डायोडको विशिष्ट इनपुट प्रतिबाधा अत्यधिक क्यापेसिटिभ हुन्छ, त्यसैले कन्जुगेट प्रतिबाधा प्राप्त गर्नको लागि एक प्रेरक एन्टेना आवश्यक हुन्छ। चिपको क्यापेसिटिव प्रतिबाधाको कारण, उच्च प्रतिबाधा प्रेरक एन्टेनाहरू आरएफआईडी ट्यागहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। द्विध्रुव एन्टेनाहरू हालसालै जटिल प्रतिबाधा RFID एन्टेनाहरूमा प्रवृति भएको छ, तिनीहरूको गुंजन आवृत्तिको नजिक उच्च प्रतिबाधा (प्रतिरोध र प्रतिक्रिया) प्रदर्शन गर्दछ।
रुचिको फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डमा रेक्टिफायरको उच्च क्यापेसिटन्स मिलाउन इन्डक्टिव द्विध्रुव एन्टेनाहरू प्रयोग गरिएको छ। फोल्ड गरिएको द्विध्रुव एन्टेनामा, डबल छोटो रेखा (डाइपोल फोल्डिंग) ले प्रतिबाधा ट्रान्सफर्मरको रूपमा कार्य गर्दछ, जसले अत्यधिक उच्च प्रतिबाधा एन्टेनाको डिजाइनलाई अनुमति दिन्छ। वैकल्पिक रूपमा, पूर्वाग्रह फिडिङ प्रेरक प्रतिक्रियाको साथसाथै वास्तविक प्रतिबाधा बढाउनको लागि जिम्मेवार छ। असन्तुलित बो-टाई रेडियल स्टबहरूसँग बहुपक्षीय द्विध्रुव तत्वहरू मिलाएर डुअल ब्रोडब्यान्ड उच्च प्रतिबाधा एन्टेना बनाउँछ। चित्र ४ ले केही रिपोर्ट गरिएको रेक्टिफायर कन्जुगेट एन्टेनाहरू देखाउँछ।
चित्र ४
RFEH र WPT मा विकिरण विशेषताहरु
फ्रिस मोडेलमा, ट्रान्समिटरबाट d दूरीमा एन्टेनाद्वारा प्राप्त भएको पावर PRX रिसीभर र ट्रान्समिटर लाभहरू (GRX, GTX) को प्रत्यक्ष कार्य हो।
एन्टेनाको मुख्य लोब डायरेक्टिविटी र ध्रुवीकरणले घटना तरंगबाट सङ्कलन गरिएको शक्तिको मात्रालाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। एन्टेना विकिरण विशेषताहरू मुख्य प्यारामिटरहरू हुन् जुन परिवेश RFEH र WPT (चित्र 5) बीचको भिन्नता हो। जबकि दुबै अनुप्रयोगहरूमा प्रसार माध्यम अज्ञात हुन सक्छ र प्राप्त तरंगमा यसको प्रभावलाई विचार गर्न आवश्यक छ, प्रसारण एन्टेनाको ज्ञानको शोषण गर्न सकिन्छ। तालिका ३ ले यस खण्डमा छलफल गरिएका मुख्य मापदण्डहरू र तिनीहरूको RFEH र WPT मा लागू हुने कुराहरू पहिचान गर्दछ।
चित्र ५
1. निर्देशन र लाभ
धेरैजसो RFEH र WPT अनुप्रयोगहरूमा, कलेक्टरलाई घटनाको विकिरणको दिशा थाहा छैन र त्यहाँ कुनै लाइन-अफ-साइट (LoS) मार्ग छैन भनी मानिन्छ। यस कार्यमा, ट्रान्समिटर र रिसीभर बीचको मुख्य लोब पङ्क्तिबद्धताबाट स्वतन्त्र, अज्ञात स्रोतबाट प्राप्त शक्तिलाई अधिकतम बनाउन धेरै एन्टेना डिजाइनहरू र प्लेसमेन्टहरू अनुसन्धान गरिएको छ।
Omnidirectional एन्टेना वातावरणीय RFEH rectenas मा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। साहित्यमा, PSD एन्टेनाको अभिमुखीकरणमा निर्भर हुन्छ। यद्यपि, शक्तिमा भिन्नताको व्याख्या गरिएको छैन, त्यसैले यो भिन्नता एन्टेनाको विकिरण ढाँचाको कारणले हो वा ध्रुवीकरण बेमेलको कारणले हो भनेर निर्धारण गर्न सम्भव छैन।
RFEH अनुप्रयोगहरूका अतिरिक्त, माइक्रोवेभ WPT को लागि कम RF पावर घनत्वको सङ्कलन दक्षता सुधार गर्न वा प्रसार घाटाहरू हटाउन उच्च-लाभ दिशात्मक एन्टेना र एरेहरू व्यापक रूपमा रिपोर्ट गरिएको छ। Yagi-Uda rectenna arrays, bowtie arrays, spiral arrays, tightly coupled Vivaldi arrays, CPW CP arrays, र patch arrays मापनयोग्य rectenna कार्यान्वयनहरु मध्ये एक हुन् जसले निश्चित क्षेत्र अन्तर्गत घटना शक्ति घनत्व अधिकतम बनाउन सक्छ। एन्टेना लाभ सुधार गर्न अन्य दृष्टिकोणहरूमा माइक्रोवेभ र मिलिमिटर वेभ ब्यान्डहरूमा सब्सट्रेट इन्टिग्रेटेड वेभगाइड (SIW) प्रविधि समावेश छ, WPT को लागि विशिष्ट। यद्यपि, उच्च-लाभ रेक्टेनाहरू साँघुरो किरण चौडाइहरूद्वारा विशेषता हुन्छन्, जसले स्वेच्छाचारी दिशाहरूमा छालहरूको स्वागतलाई असक्षम बनाउँछ। एन्टेना तत्वहरू र पोर्टहरूको संख्यामा अनुसन्धानले निष्कर्ष निकालेको छ कि उच्च निर्देशकता परिवेश RFEH मा उच्च फसल शक्ति संग मेल खाँदैन त्रि-आयामी स्वैच्छिक घटनाहरू मान्दै; यो सहरी वातावरण मा क्षेत्र मापन द्वारा प्रमाणित गरिएको थियो। उच्च लाभ arrays WPT अनुप्रयोगहरूमा सीमित हुन सक्छ।
उच्च-लाभ एन्टेनाका फाइदाहरू मनमानी RFEHs मा हस्तान्तरण गर्न, प्याकेजिङ्ग वा लेआउट समाधानहरू डायरेक्टिविटी मुद्दालाई पार गर्न प्रयोग गरिन्छ। एक दोहोरो-प्याच एन्टेना रिस्टब्यान्डलाई एम्बियन्ट Wi-Fi RFEHs बाट दुई दिशामा ऊर्जा सङ्कलन गर्न प्रस्ताव गरिएको छ। एम्बियन्ट सेलुलर RFEH एन्टेनाहरू पनि 3D बक्सको रूपमा डिजाइन गरिएका छन् र प्रणाली क्षेत्र कम गर्न र बहु-दिशात्मक फसल सक्षम गर्न बाह्य सतहहरूमा छापिएको वा टाँसिएको छ। घन रेक्टेना संरचनाहरूले परिवेश RFEH मा ऊर्जा रिसेप्शनको उच्च सम्भावना प्रदर्शन गर्दछ।
सहायक परजीवी प्याच तत्वहरू सहित बीमविड्थ बढाउन एन्टेना डिजाइनमा सुधारहरू, 2.4 GHz, 4 × 1 arrays मा WPT सुधार गर्न बनाइयो। एक 6 GHz जाल एन्टेना धेरै बीम क्षेत्रहरू पनि प्रस्ताव गरिएको थियो, प्रति पोर्ट धेरै बीमहरू प्रदर्शन गर्दै। बहु-दिशात्मक र बहु-ध्रुवीकृत RFEH को लागि बहु-पोर्ट, बहु-रेक्टिफायर सतह रेक्टेना र सर्वदिशात्मक विकिरण ढाँचाका साथ ऊर्जा सङ्कलन एन्टेनाहरू प्रस्ताव गरिएको छ। बहु-रेक्टिफायरहरू बीमफर्मिङ म्याट्रिक्सहरू र बहु-पोर्ट एन्टेना एरेहरू पनि उच्च-लाभ, बहु-दिशात्मक ऊर्जा कटाईको लागि प्रस्तावित छन्।
संक्षेपमा, कम RF घनत्वबाट प्राप्त शक्ति सुधार गर्न उच्च-लाभ एन्टेनाहरूलाई प्राथमिकता दिइन्छ, ट्रान्समिटर दिशा अज्ञात भएको अनुप्रयोगहरूमा उच्च दिशात्मक रिसीभरहरू उपयुक्त नहुन सक्छ (उदाहरणका लागि, एम्बियन्ट RFEH वा WPT अज्ञात प्रसार च्यानलहरू मार्फत)। यस कार्यमा, बहु-दिशात्मक उच्च लाभ WPT र RFEH को लागि बहु-बीम दृष्टिकोणहरू प्रस्तावित छन्।
2. एन्टेना ध्रुवीकरण
एन्टेना ध्रुवीकरणले एन्टेना प्रसार दिशाको सापेक्ष बिजुली क्षेत्र भेक्टरको आन्दोलनलाई वर्णन गर्दछ। ध्रुवीकरण बेमेलले मुख्य लोब दिशाहरू पङ्क्तिबद्ध हुँदा पनि एन्टेनाहरू बीचको प्रसारण/रिसेप्शन कम गर्न सक्छ। उदाहरण को लागी, यदि एक ठाडो LP एन्टेना प्रसारण को लागी प्रयोग गरिन्छ र एक तेर्सो LP एन्टेना रिसेप्शन को लागी प्रयोग गरिन्छ, कुनै शक्ति प्राप्त हुनेछैन। यस खण्डमा, वायरलेस रिसेप्शन दक्षता अधिकतम बनाउन र ध्रुवीकरण बेमेल हानिबाट बच्नका लागि रिपोर्ट गरिएका विधिहरू समीक्षा गरिएका छन्। ध्रुवीकरणको सन्दर्भमा प्रस्तावित रेक्टेना वास्तुकलाको सारांश चित्र 6 मा दिइएको छ र उदाहरण SOA तालिका 4 मा दिइएको छ।
चित्र 6
सेलुलर सञ्चारमा, बेस स्टेशनहरू र मोबाइल फोनहरू बीच रैखिक ध्रुवीकरण पङ्क्तिबद्धता हासिल गर्न असम्भव छ, त्यसैले बेस स्टेशन एन्टेनाहरू ध्रुवीकरण बेमेल हानिहरूबाट बच्न दोहोरो-ध्रुवीकृत वा बहु-ध्रुवीकृत हुन डिजाइन गरिएको छ। यद्यपि, मल्टिपाथ प्रभावका कारण एलपी तरंगहरूको ध्रुवीकरण भिन्नता एक अनसुलझे समस्या बनेको छ। बहु-ध्रुवीकृत मोबाइल बेस स्टेशनहरूको धारणामा आधारित, सेलुलर RFEH एन्टेनाहरू LP एन्टेनाको रूपमा डिजाइन गरिएका छन्।
CP rectennas मुख्यतया WPT मा प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरू बेमेल गर्न अपेक्षाकृत प्रतिरोधी छन्। CP एन्टेनाहरूले CP विकिरण प्राप्त गर्न सक्षम छन् समान रोटेशन दिशा (बायाँ-हात वा दायाँ-हात CP) बाहेक सबै LP तरंगहरू पावर हानि बिना। कुनै पनि अवस्थामा, CP एन्टेना प्रसारित हुन्छ र LP एन्टेनाले 3 dB हानि (50% पावर हानि) संग प्राप्त गर्दछ। CP रेक्टेनाहरू 900 MHz र 2.4 GHz र 5.8 GHz औद्योगिक, वैज्ञानिक र चिकित्सा ब्यान्डहरू साथै मिलिमिटर तरंगहरूका लागि उपयुक्त छन्। स्वैच्छिक ध्रुवीकृत तरंगहरूको RFEH मा, ध्रुवीकरण विविधताले ध्रुवीकरण बेमेल हानिहरूको सम्भावित समाधान प्रतिनिधित्व गर्दछ।
पूर्ण ध्रुवीकरण, जसलाई बहु-ध्रुवीकरण पनि भनिन्छ, CP र LP दुवै तरंगहरूको सङ्कलनलाई सक्षम पार्दै, ध्रुवीकरण बेमेल हानिलाई पूर्ण रूपमा हटाउन प्रस्ताव गरिएको छ, जहाँ दुई दोहोरो-ध्रुवीकृत अर्थोगोनल एलपी तत्वहरूले प्रभावकारी रूपमा सबै LP र CP तरंगहरू प्राप्त गर्छन्। यसलाई चित्रण गर्नको लागि, ठाडो र तेर्सो नेट भोल्टेजहरू (VV र VH) ध्रुवीकरण कोण भएता पनि स्थिर रहन्छन्:
CP इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक तरंग "E" बिजुली क्षेत्र, जहाँ पावर दुई पटक (प्रति एकाइ एक पटक) सङ्कलन गरिन्छ, जसले गर्दा CP कम्पोनेन्ट पूर्ण रूपमा प्राप्त हुन्छ र 3 dB ध्रुवीकरण बेमेल हानिलाई पार गर्दछ:
अन्तमा, DC संयोजन मार्फत, मनमानी ध्रुवीकरणको घटना तरंगहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। चित्र 7 ले रिपोर्ट गरिएको पूर्ण ध्रुवीकृत रेक्टेनाको ज्यामिति देखाउँछ।
चित्र 7
संक्षेपमा, समर्पित पावर आपूर्तिहरूसँग WPT अनुप्रयोगहरूमा, CP लाई प्राथमिकता दिइन्छ किनभने यसले एन्टेनाको ध्रुवीकरण कोणलाई ध्यान नदिई WPT दक्षता सुधार गर्दछ। अर्कोतर्फ, बहु-स्रोत अधिग्रहणमा, विशेष गरी परिवेश स्रोतहरूबाट, पूर्ण रूपमा ध्रुवीकृत एन्टेनाहरूले राम्रो समग्र स्वागत र अधिकतम पोर्टेबिलिटी प्राप्त गर्न सक्छन्; बहु-पोर्ट/मल्टी-रेक्टिफायर आर्किटेक्चरहरू RF वा DC मा पूर्ण रूपमा ध्रुवीकृत शक्ति संयोजन गर्न आवश्यक छ।
सारांश
यस पेपरले RFEH र WPT को लागि एन्टेना डिजाइनमा हालैको प्रगतिको समीक्षा गर्दछ, र RFEH र WPT को लागि एन्टेना डिजाइनको मानक वर्गीकरण प्रस्ताव गर्दछ जुन अघिल्लो साहित्यमा प्रस्ताव गरिएको छैन। उच्च आरएफ-देखि-डीसी दक्षता हासिल गर्नका लागि तीनवटा आधारभूत एन्टेना आवश्यकताहरूलाई निम्न रूपमा पहिचान गरिएको छ:
1. रुचिको RFEH र WPT ब्यान्डहरूको लागि एन्टेना रेक्टिफायर प्रतिबाधा ब्यान्डविथ;
२. एक समर्पित फिडबाट WPT मा ट्रान्समिटर र रिसीभर बीचको मुख्य लोब पङ्क्तिबद्धता;
3. कोण र स्थितिलाई ध्यान नदिई रेक्टेना र घटना तरंग बीचको ध्रुवीकरण मिलान।
प्रतिबाधाको आधारमा, रेक्टेनाहरूलाई 50Ω र रेक्टिफायर कन्जुगेट रेक्टेनाहरूमा वर्गीकृत गरिन्छ, विभिन्न ब्यान्डहरू र लोडहरू र प्रत्येक मिल्दो विधिको दक्षतामा प्रतिबाधा मिलानमा ध्यान केन्द्रित गर्दै।
SoA rectennas को विकिरण विशेषताहरु लाई निर्देशन र ध्रुवीकरण को परिप्रेक्ष्य देखि समीक्षा गरिएको छ। साँघुरो बीम चौडाई हटाउन बीमफर्मिङ र प्याकेजिङद्वारा लाभ सुधार गर्ने तरिकाहरू छलफल गरिन्छ। अन्तमा, WPT र RFEH को लागि ध्रुवीकरण-स्वतन्त्र स्वागत प्राप्त गर्न विभिन्न कार्यान्वयनहरू सहित, WPT का लागि CP rectenas समीक्षा गरिन्छ।
एन्टेना बारे थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-16-2024
