एन्टेना-रेक्टिफायर सह-डिजाइन
चित्र २ मा EG टोपोलोजी पछ्याउने रेक्टेनाको विशेषता भनेको एन्टेना ५०Ω मानकको सट्टा सिधै रेक्टिफायरसँग मिलाइएको छ, जसको लागि रेक्टिफायरलाई पावर दिन मिल्दो सर्किटलाई कम गर्न वा हटाउन आवश्यक छ। यो खण्डले ५०Ω नभएको एन्टेना भएका SoA रेक्टेनाको फाइदाहरू र नेटवर्कहरू नमिल्ने रेक्टेनाको समीक्षा गर्दछ।
१. विद्युतीय रूपमा सानो एन्टेना
LC रेजोनन्ट रिंग एन्टेनाहरू प्रणालीको आकार महत्वपूर्ण हुने अनुप्रयोगहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। १ 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 WPT को लागि विद्युतीय रूपमा सानो एन्टेनाको प्रयोगबाट विशेष रूपमा फाइदा लिन्छन्।
सानो एन्टेना (नजिकको अनुनाद) को उच्च आगमनात्मक प्रतिबाधालाई रेक्टिफायरलाई सिधै जोड्न वा थप अन-चिप क्यापेसिटिव मिल्दो नेटवर्कको साथ प्रयोग गर्न सकिन्छ। ह्युजेन्स डाइपोल एन्टेना प्रयोग गरेर १ GHz भन्दा कम LP र CP भएको WPT मा विद्युतीय रूपमा साना एन्टेनाहरू रिपोर्ट गरिएको छ, ka=0.645 सँग, जबकि सामान्य डाइपोलहरूमा ka=5.91 (ka=2πr/λ0)।
२. रेक्टिफायर कन्जुगेट एन्टेना
डायोडको विशिष्ट इनपुट प्रतिबाधा अत्यधिक क्यापेसिटिव हुन्छ, त्यसैले कन्जुगेट प्रतिबाधा प्राप्त गर्न प्रेरक एन्टेना आवश्यक पर्दछ। चिपको क्यापेसिटिव प्रतिबाधाको कारणले गर्दा, उच्च प्रतिबाधा प्रेरक एन्टेनाहरू RFID ट्यागहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। द्विध्रुवीय एन्टेनाहरू हालसालै जटिल प्रतिबाधा RFID एन्टेनाहरूमा एक प्रवृत्ति बनेको छ, जसले तिनीहरूको अनुनाद आवृत्तिको नजिक उच्च प्रतिबाधा (प्रतिरोध र प्रतिक्रिया) प्रदर्शन गर्दछ।
इन्डक्टिभ डाइपोल एन्टेनाहरू रुचिको फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डमा रेक्टिफायरको उच्च क्यापेसिटन्स मिलाउन प्रयोग गरिएको छ। फोल्ड गरिएको डाइपोल एन्टेनामा, डबल छोटो रेखा (डाइपोल फोल्डिङ) ले इम्पेडन्स ट्रान्सफर्मरको रूपमा काम गर्दछ, जसले अत्यधिक उच्च इम्पेडन्स एन्टेनाको डिजाइनलाई अनुमति दिन्छ। वैकल्पिक रूपमा, बायस फिडिङ इन्डक्टिभ रिएक्टन्स साथै वास्तविक इम्पेडन्स बढाउनको लागि जिम्मेवार छ। असंतुलित बो-टाई रेडियल स्टबहरूसँग धेरै बायस्ड डाइपोल तत्वहरू संयोजन गर्नाले डुअल ब्रॉडब्यान्ड उच्च इम्पेडन्स एन्टेना बनाउँछ। चित्र ४ ले केही रिपोर्ट गरिएका रेक्टिफायर कन्जुगेट एन्टेनाहरू देखाउँछ।
चित्र ४
RFEH र WPT मा विकिरण विशेषताहरू
फ्रिस मोडेलमा, ट्रान्समिटरबाट d दूरीमा एन्टेनाद्वारा प्राप्त गरिएको पावर PRX रिसीभर र ट्रान्समिटर लाभ (GRX, GTX) को प्रत्यक्ष कार्य हो।
एन्टेनाको मुख्य लोब निर्देशन र ध्रुवीकरणले घटना तरंगबाट सङ्कलन गरिएको शक्तिको मात्रामा प्रत्यक्ष प्रभाव पार्छ। एन्टेना विकिरण विशेषताहरू मुख्य प्यारामिटरहरू हुन् जसले परिवेश RFEH र WPT बीच भिन्नता राख्छ (चित्र ५)। दुवै अनुप्रयोगहरूमा प्रसार माध्यम अज्ञात हुन सक्छ र प्राप्त तरंगमा यसको प्रभावलाई विचार गर्न आवश्यक छ, प्रसारण एन्टेनाको ज्ञान शोषण गर्न सकिन्छ। तालिका ३ ले यस खण्डमा छलफल गरिएका प्रमुख प्यारामिटरहरू र RFEH र WPT मा तिनीहरूको प्रयोज्यता पहिचान गर्दछ।
चित्र ५
१. निर्देशन र लाभ
धेरैजसो RFEH र WPT अनुप्रयोगहरूमा, यो मानिन्छ कि सङ्कलकलाई घटना विकिरणको दिशा थाहा छैन र त्यहाँ कुनै लाइन-अफ-साइट (LoS) मार्ग छैन। यस कार्यमा, ट्रान्समिटर र रिसीभर बीचको मुख्य लोब पङ्क्तिबद्धताबाट स्वतन्त्र, अज्ञात स्रोतबाट प्राप्त शक्तिलाई अधिकतम बनाउन धेरै एन्टेना डिजाइनहरू र प्लेसमेन्टहरूको अनुसन्धान गरिएको छ।
वातावरणीय RFEH रेक्टेनामा सर्वदिशात्मक एन्टेनाहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएका छन्। साहित्यमा, एन्टेनाको अभिमुखीकरणमा निर्भर गर्दै PSD फरक हुन्छ। यद्यपि, शक्तिमा भिन्नता व्याख्या गरिएको छैन, त्यसैले यो भिन्नता एन्टेनाको विकिरण ढाँचाको कारणले हो वा ध्रुवीकरण बेमेलको कारणले हो भनेर निर्धारण गर्न सम्भव छैन।
RFEH अनुप्रयोगहरूको अतिरिक्त, कम RF पावर घनत्वको सङ्कलन दक्षता सुधार गर्न वा प्रसार घाटा हटाउन माइक्रोवेभ WPT को लागि उच्च-लाभ दिशात्मक एन्टेना र एरेहरू व्यापक रूपमा रिपोर्ट गरिएको छ। Yagi-Uda रेक्टेना एरेहरू, बोटी एरेहरू, सर्पिल एरेहरू, कडा रूपमा जोडिएका Vivaldi एरेहरू, CPW CP एरेहरू, र प्याच एरेहरू स्केलेबल रेक्टेना कार्यान्वयनहरू हुन् जसले निश्चित क्षेत्र अन्तर्गत घटना पावर घनत्वलाई अधिकतम बनाउन सक्छ। एन्टेना लाभ सुधार गर्ने अन्य दृष्टिकोणहरूमा WPT को लागि विशिष्ट माइक्रोवेभ र मिलिमिटर वेभ ब्यान्डहरूमा सब्सट्रेट एकीकृत वेभगाइड (SIW) प्रविधि समावेश छ। यद्यपि, उच्च-लाभ रेक्टेनाहरू साँघुरो बीमविड्थद्वारा विशेषता हुन्छन्, जसले मनमानी दिशाहरूमा तरंगहरूको स्वागतलाई अक्षम बनाउँछ। एन्टेना तत्वहरू र पोर्टहरूको संख्यामा अनुसन्धानले निष्कर्ष निकाल्यो कि उच्च निर्देशनले परिवेश RFEH मा उच्च कटाई गरिएको शक्तिसँग मेल खाँदैन जुन त्रि-आयामी मनमानी घटना मानिन्छ; यो शहरी वातावरणमा क्षेत्र मापन द्वारा प्रमाणित गरिएको थियो। उच्च-लाभ एरेहरू WPT अनुप्रयोगहरूमा सीमित हुन सक्छन्।
उच्च-लाभ एन्टेनाका फाइदाहरूलाई मनमानी RFEH हरूमा स्थानान्तरण गर्न, निर्देशन समस्यालाई पार गर्न प्याकेजिङ वा लेआउट समाधानहरू प्रयोग गरिन्छ। एम्बियन्ट Wi-Fi RFEH हरूबाट दुई दिशामा ऊर्जा सङ्कलन गर्न डुअल-प्याच एन्टेना रिस्टब्यान्ड प्रस्ताव गरिएको छ। एम्बियन्ट सेलुलर RFEH एन्टेनाहरू पनि 3D बक्सको रूपमा डिजाइन गरिएका छन् र प्रणाली क्षेत्र घटाउन र बहु-दिशात्मक कटाई सक्षम गर्न बाह्य सतहहरूमा छापिएका वा टाँसिएका छन्। क्यूबिक रेक्टेना संरचनाहरूले एम्बियन्ट RFEH हरूमा ऊर्जा रिसेप्शनको उच्च सम्भावना प्रदर्शन गर्दछ।
२.४ GHz, ४ × १ एरेमा WPT सुधार गर्न सहायक परजीवी प्याच तत्वहरू सहित बीमविड्थ बढाउन एन्टेना डिजाइनमा सुधारहरू गरिएको थियो। धेरै बीम क्षेत्रहरू भएको ६ GHz मेष एन्टेना पनि प्रस्ताव गरिएको थियो, जसले प्रति पोर्ट धेरै बीमहरू प्रदर्शन गर्दछ। बहु-दिशात्मक र बहु-ध्रुवीकृत RFEH को लागि सर्वदिशात्मक विकिरण ढाँचाहरू भएका बहु-पोर्ट, बहु-रेक्टिफायर सतह रेक्टेना र ऊर्जा संकलन एन्टेनाहरू प्रस्ताव गरिएको छ। उच्च-लाभ, बहु-दिशात्मक ऊर्जा संकलनको लागि बीमफर्मिङ म्याट्रिक्स र बहु-पोर्ट एन्टेना एरेहरू भएका बहु-रेक्टिफायरहरू पनि प्रस्ताव गरिएको छ।
संक्षेपमा, कम RF घनत्वबाट प्राप्त शक्ति सुधार गर्न उच्च-लाभ एन्टेनाहरू प्राथमिकता दिइन्छ, उच्च दिशात्मक रिसीभरहरू अनुप्रयोगहरूमा आदर्श नहुन सक्छन् जहाँ ट्रान्समिटर दिशा अज्ञात छ (जस्तै, अज्ञात प्रसार च्यानलहरू मार्फत परिवेश RFEH वा WPT)। यस कार्यमा, बहु-दिशात्मक उच्च-लाभ WPT र RFEH को लागि बहु-बिम दृष्टिकोणहरू प्रस्तावित छन्।
२. एन्टेना ध्रुवीकरण
एन्टेना ध्रुवीकरणले एन्टेना प्रसार दिशाको सापेक्ष विद्युतीय क्षेत्र भेक्टरको चाललाई वर्णन गर्दछ। मुख्य लोब दिशाहरू पङ्क्तिबद्ध हुँदा पनि ध्रुवीकरण बेमेलले एन्टेनाहरू बीच प्रसारण/रिसेप्शन कम गर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, यदि प्रसारणको लागि ठाडो LP एन्टेना प्रयोग गरिन्छ र रिसेप्शनको लागि तेर्सो LP एन्टेना प्रयोग गरिन्छ भने, कुनै पनि शक्ति प्राप्त हुनेछैन। यस खण्डमा, वायरलेस रिसेप्शन दक्षता अधिकतम बनाउन र ध्रुवीकरण बेमेल हानिबाट बच्न रिपोर्ट गरिएका विधिहरूको समीक्षा गरिएको छ। ध्रुवीकरणको सन्दर्भमा प्रस्तावित रेक्टेना वास्तुकलाको सारांश चित्र 6 मा दिइएको छ र तालिका 4 मा SoA उदाहरण दिइएको छ।
चित्र ६
सेलुलर सञ्चारमा, बेस स्टेशनहरू र मोबाइल फोनहरू बीच रेखीय ध्रुवीकरण पङ्क्तिबद्धता प्राप्त हुने सम्भावना कम हुन्छ, त्यसैले ध्रुवीकरण बेमेल हानिबाट बच्न बेस स्टेशन एन्टेनाहरू दोहोरो-ध्रुवीकृत वा बहु-ध्रुवीकृत हुन डिजाइन गरिएको छ। यद्यपि, बहुमार्ग प्रभावहरूको कारणले गर्दा LP तरंगहरूको ध्रुवीकरण भिन्नता एक अनसुलझे समस्या बनेको छ। बहु-ध्रुवीकृत मोबाइल बेस स्टेशनहरूको धारणाको आधारमा, सेलुलर RFEH एन्टेनाहरू LP एन्टेनाको रूपमा डिजाइन गरिएको छ।
CP रेक्टेनाहरू मुख्यतया WPT मा प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरू बेमेलको लागि तुलनात्मक रूपमा प्रतिरोधी हुन्छन्। CP एन्टेनाहरूले पावर हानि बिना सबै LP तरंगहरूको अतिरिक्त समान घुमाउने दिशा (बायाँ-हाते वा दायाँ-हाते CP) सँग CP विकिरण प्राप्त गर्न सक्षम हुन्छन्। जे भए पनि, CP एन्टेना प्रसारण गर्दछ 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 तरंगहरूको लागि उपयुक्त भएको रिपोर्ट गरिएको छ। मनमानी ध्रुवीकृत तरंगहरूको RFEH मा, ध्रुवीकरण विविधताले ध्रुवीकरण बेमेल हानिहरूको सम्भावित समाधानलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।
पूर्ण ध्रुवीकरण, जसलाई बहु-ध्रुवीकरण पनि भनिन्छ, ध्रुवीकरण बेमेल हानिलाई पूर्ण रूपमा पार गर्न प्रस्ताव गरिएको छ, जसले CP र LP दुवै तरंगहरूको सङ्कलनलाई सक्षम बनाउँछ, जहाँ दुई दोहोरो-ध्रुवीकृत अर्थोगोनल LP तत्वहरूले प्रभावकारी रूपमा सबै LP र CP तरंगहरू प्राप्त गर्छन्। यसलाई चित्रण गर्न, ठाडो र तेर्सो नेट भोल्टेजहरू (VV र VH) ध्रुवीकरण कोणको पर्वाह नगरी स्थिर रहन्छन्:
CP इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक तरंग "E" विद्युत क्षेत्र, जहाँ शक्ति दुई पटक (प्रति युनिट एक पटक) सङ्कलन गरिन्छ, जसले गर्दा CP कम्पोनेन्ट पूर्ण रूपमा प्राप्त हुन्छ र 3 dB ध्रुवीकरण बेमेल हानिलाई पार गर्छ:
अन्तमा, DC संयोजन मार्फत, मनमानी ध्रुवीकरणको घटना तरंगहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। चित्र ७ ले रिपोर्ट गरिएको पूर्ण ध्रुवीकृत रेक्टेनाको ज्यामिति देखाउँछ।
चित्र ७
संक्षेपमा, समर्पित पावर आपूर्ति भएका WPT अनुप्रयोगहरूमा, CP लाई प्राथमिकता दिइन्छ किनभने यसले एन्टेनाको ध्रुवीकरण कोणलाई ध्यान नदिई WPT दक्षतामा सुधार गर्छ। अर्कोतर्फ, बहु-स्रोत अधिग्रहणमा, विशेष गरी परिवेश स्रोतहरूबाट, पूर्ण रूपमा ध्रुवीकृत एन्टेनाहरूले राम्रो समग्र स्वागत र अधिकतम पोर्टेबिलिटी प्राप्त गर्न सक्छन्; RF वा DC मा पूर्ण रूपमा ध्रुवीकृत शक्ति संयोजन गर्न बहु-पोर्ट/मल्टी-रेक्टिफायर आर्किटेक्चरहरू आवश्यक पर्दछ।
निष्कर्षमा
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 RF-देखि-DC दक्षता प्राप्त गर्नका लागि तीन आधारभूत एन्टेना आवश्यकताहरू पहिचान गरिएको छ:
१. रुचिको RFEH र WPT ब्यान्डहरूको लागि एन्टेना रेक्टिफायर प्रतिबाधा ब्यान्डविथ;
२. समर्पित फिडबाट WPT मा ट्रान्समिटर र रिसीभर बीचको मुख्य लोब पङ्क्तिबद्धता;
३. कोण र स्थितिलाई ध्यान नदिई रेक्टेना र घटना तरंग बीच ध्रुवीकरण मिलान।
प्रतिबाधाको आधारमा, रेक्टेनाहरूलाई ५०Ω र रेक्टिफायर कन्जुगेट रेक्टेनाहरूमा वर्गीकृत गरिएको छ, जसमा विभिन्न ब्यान्ड र लोडहरू बीचको प्रतिबाधा मिलान र प्रत्येक मिल्दो विधिको दक्षतामा ध्यान केन्द्रित गरिएको छ।
SoA रेक्टेनाहरूको विकिरण विशेषताहरूलाई निर्देशन र ध्रुवीकरणको दृष्टिकोणबाट समीक्षा गरिएको छ। साँघुरो बीमविड्थलाई पार गर्न बीमफर्मिङ र प्याकेजिङद्वारा लाभ सुधार गर्ने तरिकाहरू छलफल गरिएको छ। अन्तमा, WPT र RFEH को लागि ध्रुवीकरण-स्वतन्त्र स्वागत प्राप्त गर्न विभिन्न कार्यान्वयनहरू सहित WPT को लागि CP रेक्टेनाहरूको समीक्षा गरिएको छ।
एन्टेनाको बारेमा थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-१६-२०२४
