1. Enkonduko
Radiofrekvenca (RF) energio-rikolto (RFEH) kaj radia sendrata potenco-transdono (WPT) altiris grandan intereson kiel metodoj por atingi senbateri-daŭripovajn sendratajn retojn. Rektenoj estas la bazŝtono de WPT- kaj RFEH-sistemoj kaj havas signifan efikon sur la kontinua kurento liverita al la ŝarĝo. La antenaj elementoj de la rektano rekte influas la rikoltan efikecon, kiu povas variigi la rikoltitan potencon je pluraj grandordoj. Ĉi tiu artikolo revizias la antendezajnojn uzatajn en WPT kaj ĉirkaŭaj RFEH-aplikoj. La raportitaj rektanoj estas klasifikitaj laŭ du ĉefaj kriterioj: la antena rektifika impedanca bendolarĝo kaj la radiadaj karakterizaĵoj de la anteno. Por ĉiu kriterio, la meritcifero (FoM) por malsamaj aplikoj estas determinita kaj kompare reviziita.
Sendrata transmisio (WPT) estis proponita de Tesla komence de la 20-a jarcento kiel metodo por transdoni milojn da ĉevalfortoj. La termino "rektenna", kiu priskribas antenon konektitan al rektifilo por kolekti RF-potencon, aperis en la 1950-aj jaroj por spacaj mikroondaj potenctransmisiaj aplikoj kaj por funkciigi aŭtonomajn virabelojn. Ĉiadirekta, longdistanca WPT estas limigita de la fizikaj ecoj de la disvastiĝa medio (aero). Tial, komerca WPT estas ĉefe limigita al preskaŭ-kampa ne-radia potencotransdono por sendrata konsumelektroniko aŭ RFID.
Ĉar la elektrokonsumo de duonkonduktaĵaj aparatoj kaj sendrataj sensornodoj daŭre malpliiĝas, fariĝas pli fareble funkciigi sensornodojn uzante ĉirkaŭan RFEH aŭ uzante distribuitajn malalt-potencajn omnidirektajn sendilojn. Ultra-malalt-potencaj sendrataj potencosistemoj kutime konsistas el RF-akira antaŭa finaĵo, kontinua kontinua potenco kaj memoradministrado, kaj malalt-potenca mikroprocesoro kaj sendilo.
Figuro 1 montras la arkitekturon de sendrata nodo RFEH kaj la ofte raportitajn RF-frontfinajn efektivigojn. La fin-al-fina efikeco de la sendrata potencosistemo kaj la arkitekturo de la sinkronigita sendrata informo- kaj potencotransiga reto dependas de la funkciado de individuaj komponantoj, kiel antenoj, rektifiloj kaj potenc-administraj cirkvitoj. Pluraj literatur-enketoj estis faritaj por malsamaj partoj de la sistemo. Tabelo 1 resumas la potenco-konvertan stadion, ŝlosilajn komponantojn por efika potenco-konverto kaj rilatajn literatur-enketojn por ĉiu parto. Lastatempa literaturo fokusiĝas al potenco-konverta teknologio, rektifil-topologioj aŭ ret-konscia RFEH.
Figuro 1
Tamen, antendezajno ne estas konsiderata kritika komponanto en RFEH. Kvankam iuj literaturoj konsideras antenan bendlarĝon kaj efikecon el ĝenerala perspektivo aŭ el specifa antendezajna perspektivo, kiel ekzemple miniaturigitaj aŭ porteblaj antenoj, la efiko de certaj antenparametroj sur potencricevon kaj konvertan efikecon ne estas analizita detale.
Ĉi tiu artikolo revizias antenajn dezajnajn teknikojn en rektaj antenoj kun la celo distingi RFEH- kaj WPT-specifajn antenajn defiojn de norma komunikada antena dezajno. Antenoj estas komparitaj el du perspektivoj: fin-al-fina impedanca akordigo kaj radiadaj karakterizaĵoj; en ĉiu kazo, la FoM estas identigita kaj reviziita en la plej modernaj (SoA) antenoj.
2. Bendlarĝo kaj Kongruigo: Ne-50Ω RF-Retoj
La karakteriza impedanco de 50Ω estas frua konsidero pri la kompromiso inter atenuiĝo kaj potenco en mikroondaj inĝenieristikaj aplikoj. En antenoj, la impedanca bendlarĝo estas difinita kiel la frekvenca gamo kie la reflektita potenco estas malpli ol 10% (S11< − 10 dB). Ĉar malaltbruaj amplifiloj (LNA-oj), potencamplifiloj kaj detektiloj estas tipe dizajnitaj kun 50Ω enira impedanca kongruigo, 50Ω fonto estas tradicie referencata.
En rekta anteno, la eliro de la anteno estas rekte enigita en la rektifilon, kaj la nelineareco de la diodo kaŭzas grandan varion en la enira impedanco, kun la kapacita komponanto dominanta. Supozante 50Ω antenon, la ĉefa defio estas desegni plian RF-akordigan reton por transformi la eniran impedancon al la impedanco de la rektifilo ĉe la interesa frekvenco kaj optimumigi ĝin por specifa potencnivelo. En ĉi tiu kazo, fin-al-fina impedanca bendlarĝo estas necesa por certigi efikan RF-al-DC-konverton. Tial, kvankam antenoj povas atingi teorie senfinan aŭ ultra-larĝan bendlarĝon uzante periodajn elementojn aŭ mem-komplementan geometrion, la bendlarĝo de la rekta anteno estos proplempunkto pro la rektifila akordiga reto.
Pluraj rektaj topologioj estis proponitaj por atingi unu-bendan kaj plurbendan rikolton aŭ WPT (Wired Transforming Teeth - Senhaltigita Transformila Teksto) per minimumigo de reflektoj kaj maksimumigo de potenco-transdono inter la anteno kaj la rektifilo. Figuro 2 montras la strukturojn de la raportitaj rektaj topologioj, kategoriigitaj laŭ ilia impedanca akordiga arkitekturo. Tabelo 2 montras ekzemplojn de alt-efikecaj rektaj topologioj rilate al fin-al-fina bendlarĝo (en ĉi tiu kazo, FoM) por ĉiu kategorio.
Figuro 2 Rektenaj topologioj el la perspektivo de bendolarĝo kaj impedanca akordigo. (a) Unu-benda rektaĵo kun norma anteno. (b) Multbenda rektaĵo (kunmetita el pluraj reciproke kunligitaj antenoj) kun unu rektifilo kaj akordiga reto por ĉiu bendo. (c) Larĝbenda rektaĵo kun pluraj RF-pordoj kaj apartaj akordigaj retoj por ĉiu bendo. (d) Larĝbenda rektaĵo kun larĝbenda anteno kaj larĝbenda akordiga reto. (e) Unu-benda rektaĵo uzanta elektre malgrandan antenon rekte akorditan al la rektifilo. (f) Unu-benda, elektre granda anteno kun kompleksa impedanco por konjugi kun la rektifilo. (g) Larĝbenda rektaĵo kun kompleksa impedanco por konjugi kun la rektifilo super gamo da frekvencoj.
Kvankam sendrata (WPT) kaj ĉirkaŭa RFEH de dediĉita nutrofluo estas malsamaj rektaj aplikoj, atingi fin-al-finan kongruigon inter anteno, rektifilo kaj ŝarĝo estas fundamenta por atingi altan potenc-konvertan efikecon (PCE) el bendolarĝa perspektivo. Tamen, WPT-rektaj re ...
3. Rektangula antendezajno
1. Unu-frekvenca rektaĵo
La antendezajno de unu-frekvenca rekta anteno (topologio A) baziĝas ĉefe sur norma antendezajno, kiel ekzemple lineara polarigo (LP) aŭ cirkla polarigo (CP) radianta peceto sur la tera ebeno, dipola anteno kaj inversa F-anteno. Diferenciala benda rekta anteno baziĝas sur kontinukurenta kombinaĵa aro konfigurigita kun pluraj antenunuoj aŭ miksita kontinukurenta kaj RF-kombinaĵo de pluraj pecetunuoj.
Ĉar multaj el la proponitaj antenoj estas unu-frekvencaj antenoj kaj plenumas la postulojn de unu-frekvenca WPT (elektra kaj rekta tensio), kiam oni serĉas median mult-frekvencan RFEH (radiofrekvencan elektrofontan ...
2. Plurbendaj kaj larĝbendaj RFEH-antenoj
Media RFEH ofte asociiĝas kun plurbenda akiro; tial, diversaj teknikoj estis proponitaj por plibonigi la bendlarĝon de normaj antendezajnoj kaj metodoj por formi du-bendajn aŭ bendajn antenarojn. En ĉi tiu sekcio, ni revizias kutimajn antendezajnojn por RFEH-oj, same kiel klasikajn plurbendajn antenojn kun la potencialo esti uzataj kiel rektaj antenoj.
Koplanaraj ondgvidilaj (CPW) monopolaj antenoj okupas malpli da areo ol mikrostriaj pecetaj antenoj ĉe la sama frekvenco kaj produktas LP- aŭ CP-ondojn, kaj ofte estas uzataj por larĝbendaj mediaj rektaj antenoj. Reflektaj ebenoj estas uzataj por pliigi izolitecon kaj plibonigi gajnon, rezultante en radiadaj padronoj similaj al pecetaj antenoj. Fenditaj koplanaraj ondgvidilaj antenoj estas uzataj por plibonigi impedancajn bendolarĝojn por pluraj frekvencbendoj, kiel ekzemple 1.8–2.7 GHz aŭ 1–3 GHz. Kunligitaj fenditaj antenoj kaj pecetaj antenoj ankaŭ estas ofte uzataj en plurbendaj rektaj antenoj. Figuro 3 montras kelkajn raportitajn plurbendajn antenojn, kiuj utiligas pli ol unu bendolarĝan plibonigan teknikon.
Figuro 3
Anteno-Rektifilo Impedanca Kongruigo
Kongruigi 50Ω antenon kun nelineara rektifilo estas malfacila ĉar ĝia enira impedanco multe varias laŭ frekvenco. En topologioj A kaj B (Figuro 2), la komuna kongruiga reto estas LC-kongruigo uzanta buligitajn elementojn; tamen, la relativa bendolarĝo kutime estas pli malalta ol la plej multaj komunikaj bendoj. Unu-benda stumpakongruigo estas ofte uzata en mikroondaj kaj milimetraj ondaj bendoj sub 6 GHz, kaj la raportitaj milimetraj ondaj rektifiloj havas esence mallarĝan bendolarĝon ĉar ilia PCE-bendolarĝo estas proplempunkto pro elira harmonia subpremado, kio igas ilin precipe taŭgaj por unu-bendaj WPT-aplikoj en la 24 GHz-senlicenca bendo.
La rektaj kongruigaj retoj en topologioj C kaj D havas pli kompleksajn kongruigajn retojn. Plene distribuitaj liniaj kongruigaj retoj estis proponitaj por larĝbenda kongruigo, kun RF-bloko/DC-kurta cirkvito (pasfiltrilo) ĉe la elira pordo aŭ DC-bloka kondensilo kiel revenvojo por diodaj harmonoj. La rektifilaj komponantoj povas esti anstataŭigitaj per interdigita kondensiloj sur presitaj cirkvitplatoj (PCB), kiuj estas sintezitaj uzante komercajn elektronikajn dezajnajn aŭtomatigajn ilojn. Aliaj raportitaj larĝbendaj rektaj kongruigaj retoj kombinas buligitajn elementojn por kongruigo al pli malaltaj frekvencoj kaj distribuitajn elementojn por krei RF-kurtan cirkviton ĉe la eniro.
Variado de la enira impedanco observita de la ŝarĝo tra fonto (konata kiel la fonto-tiro-tekniko) estis uzata por desegni larĝbendan rektifilon kun 57% relativa bendolarĝo (1.25–2.25 GHz) kaj 10% pli alta PCE kompare kun kunigitaj aŭ distribuitaj cirkvitoj. Kvankam kongruigaj retoj estas tipe desegnitaj por kongruigi antenojn trans la tuta 50Ω bendolarĝo, ekzistas raportoj en la literaturo kie larĝbendaj antenoj estis konektitaj al mallarĝbendaj rektifiloj.
Hibridaj kunligitaj elementoj kaj distribuitaj elementoj estas vaste uzataj en topologioj C kaj D, kun seriaj induktoroj kaj kondensatoroj kiel la plej ofte uzataj kunligitaj elementoj. Ĉi tiuj evitas kompleksajn strukturojn kiel interdigitajn kondensatorojn, kiuj postulas pli precizan modeligadon kaj fabrikadon ol normaj mikrostriaj linioj.
La enira potenco al la rektifilo influas la eniran impedancon pro la nelineareco de la diodo. Tial, la rekta anteno estas desegnita por maksimumigi la PCE por specifa enira potencnivelo kaj ŝarĝimpedanco. Ĉar diodoj estas ĉefe kapacita alt-impedanca je frekvencoj sub 3 GHz, larĝbendaj rekta antenoj, kiuj eliminas kongruigajn retojn aŭ minimumigas simpligitajn kongruigajn cirkvitojn, estis fokusitaj al frekvencoj Prf>0 dBm kaj super 1 GHz, ĉar la diodoj havas malaltan kapacitan impedancon kaj povas bone esti kongruigitaj al la anteno, tiel evitante la dezajnon de antenoj kun eniraj reaktancoj >1,000 Ω.
Adaptiĝema aŭ rekonfigurebla impedanca kongruigo estis vidita en CMOS-rektangulaj cirkvitoj, kie la kongruiga reto konsistas el sur-ĉipaj kondensatoroj kaj induktiloj. Senmovaj CMOS-kongruigaj retoj ankaŭ estis proponitaj por normaj 50Ω antenoj same kiel kun-dizajnitaj buklantenoj. Estis raportite, ke pasivaj CMOS-potencdetektiloj estas uzataj por kontroli ŝaltilojn, kiuj direktas la eliron de la anteno al malsamaj rektifiloj kaj kongruigaj retoj depende de la havebla potenco. Rekonfigurebla kongruiga reto uzanta buligitajn agordeblajn kondensatorojn estis proponita, kiu estas agordita per fajna agordo dum mezurado de la enira impedanco uzante vektoran retanalizilon. En rekonfigureblaj mikrostripaj kongruigaj retoj, ŝaltiloj de kampefikaj transistoroj estis uzataj por alĝustigi la kongruigajn stumpojn por atingi du-bendajn karakterizaĵojn.
Por lerni pli pri antenoj, bonvolu viziti:
Afiŝtempo: 9-a de aŭgusto 2024
