Anteno-Rektifilo Kun-dezajno
La karakterizaĵo de rektaj antenoj sekvantaj la EG-topologion en Figuro 2 estas, ke la anteno estas rekte kongruigita al la rektifilo, anstataŭ la 50Ω-normo, kiu postulas minimumigi aŭ elimini la kongruigan cirkviton por funkciigi la rektifilon. Ĉi tiu sekcio revizias la avantaĝojn de SoA rektaj antenoj kun ne-50Ω-antenoj kaj rektaj antenoj sen kongruigaj retoj.
1. Elektre Malgrandaj Antenoj
LC-resonancaj ringantenoj estas vaste uzataj en aplikoj kie sistemgrandeco estas kritika. Ĉe frekvencoj sub 1 GHz, la ondolongo povas igi normajn distribuitajn elementajn antenojn okupi pli da spaco ol la totala grandeco de la sistemo, kaj aplikoj kiel plene integraj sendiloj por korpaj enplantaĵoj aparte profitas de la uzo de elektre malgrandaj antenoj por sendrata transdono (WPT).
La alta indukta impedanco de la malgranda anteno (preskaŭ resonanca) povas esti uzata por rekte kunligi la rektifilon aŭ kun aldona surĉipa kapacita kongruiga reto. Elektre malgrandaj antenoj estis raportitaj en WPT kun LP kaj CP sub 1 GHz uzante Huygens-dipolajn antenojn, kun ka=0.645, dum ka=5.91 en normalaj dipoloj (ka=2πr/λ0).
2. Rektifika konjugita anteno
La tipa eniga impedanco de diodo estas tre kapacita, do indukta anteno estas necesa por atingi konjugitan impedancon. Pro la kapacita impedanco de la ĉipo, alt-impedancaj induktaj antenoj estas vaste uzataj en RFID-etikedoj. Dipolaj antenoj ĵus fariĝis tendenco en kompleksaj impedancaj RFID-antenoj, montrante altan impedancon (rezistancon kaj reaktancon) proksime de sia resonanca frekvenco.
Induktaj dipolaj antenoj estis uzitaj por kongrui kun la alta kapacitanco de la rektifilo en la interesa frekvencbendo. En faldita dipolanteno, la duobla mallonga linio (dipolfaldiĝo) agas kiel impedanca transformilo, permesante la dezajnon de ekstreme alt-impedanca anteno. Alternative, biasa nutrado respondecas pri pliigo de la induktiva reaktanco same kiel de la fakta impedanco. Kombinante plurajn biasajn dipolajn elementojn kun malbalancitaj bantkravataj radialaj stumpoj, oni formas duoblan larĝbendan alt-impedancan antenon. Figuro 4 montras kelkajn raportitajn rektifilajn konjugitajn antenojn.
Figuro 4
Radiadaj karakterizaĵoj en RFEH kaj WPT
En la modelo de Friis, la potenco PRX ricevita de anteno je distanco d de la sendilo estas rekta funkcio de la gajnoj de la ricevilo kaj sendilo (GRX, GTX).
La direkteco kaj polarizo de la ĉefa lobo de la anteno rekte influas la kvanton da potenco kolektita de la incida ondo. La karakterizaĵoj de la antena radiado estas ŝlosilaj parametroj, kiuj diferencigas inter ĉirkaŭa RFEH kaj WPT (Figuro 5). Kvankam en ambaŭ aplikoj la disvastiĝa medio povas esti nekonata kaj ĝia efiko sur la ricevita ondo devas esti konsiderata, scio pri la sendanta anteno povas esti ekspluatita. Tabelo 3 identigas la ŝlosilajn parametrojn diskutitajn en ĉi tiu sekcio kaj ilian aplikeblecon al RFEH kaj WPT.
Figuro 5
1. Direkteco kaj Gajno
En plej multaj RFEH kaj WPT aplikoj, oni supozas, ke la kolektoro ne konas la direkton de la incida radiado kaj ne ekzistas vidlinio (LoS). En ĉi tiu laboro, pluraj antendezajnoj kaj lokigoj estis esploritaj por maksimumigi la ricevitan potencon de nekonata fonto, sendepende de la ĉefa loba vicigo inter la sendilo kaj la ricevilo.
Ĉiadirektaj antenoj estas vaste uzataj en mediaj RFEH-rektangulaj antenoj. En la literaturo, la PSD varias depende de la orientiĝo de la anteno. Tamen, la vario en potenco ne estas klarigita, do ne eblas determini ĉu la vario ŝuldiĝas al la radiada padrono de la anteno aŭ al misagordo de polusiĝo.
Aldone al RFEH-aplikoj, alt-gajnaj direktaj antenoj kaj aroj estis vaste raportitaj por mikroonda WPT por plibonigi la kolektan efikecon de malalta RF-potencdenseco aŭ supervenki disvastiĝperdojn. Yagi-Uda rektaj aroj, bantkravataj aroj, spiralaj aroj, dense kunligitaj Vivaldi-aroj, CPW CP-aroj, kaj pecetaj aroj estas inter la skaleblaj rektaj efektivigoj, kiuj povas maksimumigi la incidan potencodensecon sub certa areo. Aliaj aliroj por plibonigi antengajnon inkluzivas substrat-integran ondgvidilan (SIW) teknologion en mikroondaj kaj milimetraj ondobendoj, specifa por WPT. Tamen, alt-gajnaj rektaj antenoj estas karakterizitaj per mallarĝaj radiolarĝoj, igante ricevadon de ondoj en arbitraj direktoj malefika. Esploroj pri la nombro de antenelementoj kaj havenoj konkludis, ke pli alta direkteco ne korespondas al pli alta rikoltita potenco en ĉirkaŭa RFEH supozanta tridimensian arbitran incidencon; ĉi tio estis kontrolita per kampaj mezuradoj en urbaj medioj. Alt-gajnaj aroj povas esti limigitaj al WPT-aplikoj.
Por transdoni la avantaĝojn de alt-gajnaj antenoj al arbitraj RFEH-oj, oni uzas enpakajn aŭ aranĝajn solvojn por superi la problemon de direkteco. Oni proponas duoblan pecetan antenĉirkaŭmanon por kolekti energion de ĉirkaŭaj Wi-Fi RFEH-oj en du direktoj. Ĉirkaŭaj ĉelaj RFEH-antenoj ankaŭ estas desegnitaj kiel 3D-skatoloj kaj presitaj aŭ algluitaj al eksteraj surfacoj por redukti sisteman areon kaj ebligi multdirektan rikolton. Kubaj rektaj strukturoj montras pli altan probablecon de energioricevo en ĉirkaŭaj RFEH-oj.
Plibonigoj al la antendezajno por pliigi la radiolarĝon, inkluzive de helpparazitaj pecetoj, estis faritaj por plibonigi la temperatur-elektron (WPT) je 2.4 GHz, 4 × 1 aroj. 6 GHz-a reta anteno kun pluraj radioregionoj ankaŭ estis proponita, montrante plurajn radiojn po haveno. Plur-portaj, plur-rektifilaj surfacaj rektaĵoj kaj energirikoltaj antenoj kun ĉiudirektaj radiadaj padronoj estis proponitaj por plur-direkta kaj plur-polarigita RFEH. Plur-rektifiloj kun trabformaj matricoj kaj plur-portaj antenaroj ankaŭ estis proponitaj por alt-gajna, plur-direkta energirikolto.
Resumante, dum alt-gajnaj antenoj estas preferataj por plibonigi la potencon rikoltitan de malaltaj RF-densecoj, alt-direktaj riceviloj eble ne estas idealaj en aplikoj kie la sendildirekto estas nekonata (ekz., ĉirkaŭa RFEH aŭ WPT tra nekonataj disvastiĝkanaloj). En ĉi tiu laboro, pluraj plur-trabaj aliroj estas proponitaj por plurdirekta alt-gajna WPT kaj RFEH.
2. Antena Polarigo
Antena polarigo priskribas la movadon de la elektra kampa vektoro relative al la antena disvastiĝa direkto. Polarizaj misagordoj povas konduki al reduktita dissendo/ricevo inter antenoj eĉ kiam la ĉefaj lobaj direktoj estas vicigitaj. Ekzemple, se vertikala LP-anteno estas uzata por dissendo kaj horizontala LP-anteno estas uzata por ricevo, neniu potenco estos ricevita. En ĉi tiu sekcio, raportitaj metodoj por maksimumigi la efikecon de sendrata ricevado kaj eviti perdojn pro polariga misagordo estas reviziitaj. Resumo de la proponita rektana arkitekturo rilate al polarigo estas donita en Figuro 6 kaj ekzempla SoA estas donita en Tabelo 4.
Figuro 6
En ĉelaj komunikadoj, lineara polariza akordigo inter bazstacioj kaj poŝtelefonoj verŝajne ne estos atingita, do bazstacio-antenoj estas desegnitaj por esti duoble-polarigitaj aŭ plurpolarigitaj por eviti perdojn pro polariza misagordo. Tamen, la polariza vario de LP-ondoj pro plurvojaj efikoj restas nesolvita problemo. Bazite sur la supozo de plurpolarigitaj moveblaj bazstacioj, ĉelaj RFEH-antenoj estas desegnitaj kiel LP-antenoj.
CP-antenoj estas ĉefe uzataj en WPT (elektra purigtransmisio) ĉar ili estas relative rezistemaj al misagordo. CP-antenoj kapablas ricevi CP-radiadon kun la sama rotacia direkto (maldekstramana aŭ dekstramana CP) aldone al ĉiuj LP-ondoj sen potencperdo. Ĉiukaze, la CP-anteno elsendas kaj la LP-anteno ricevas kun 3 dB-perdo (50%-a potencperdo). CP-antenoj estas raportitaj taŭgaj por industriaj, sciencaj kaj medicinaj bendoj de 900 MHz kaj 2.4 GHz kaj 5.8 GHz, same kiel por milimetraj ondoj. En RFEH de arbitre polarigitaj ondoj, polariza diverseco reprezentas eblan solvon al perdoj pro polariza misagordo.
Plena polarigo, ankaŭ konata kiel multipolarigo, estas proponita por tute superi la perdojn pro misagordo de polarigoj, ebligante la kolekton de kaj CP kaj LP ondoj, kie du duoble polarigitaj ortogonalaj LP elementoj efike ricevas ĉiujn LP kaj CP ondojn. Por ilustri tion, la vertikalaj kaj horizontalaj netaj tensioj (VV kaj VH) restas konstantaj sendepende de la polariga angulo:
CP elektromagneta ondo "E" elektra kampo, kie potenco estas kolektita duoble (unufoje por unuo), tiel plene ricevante la CP-komponenton kaj superante la 3 dB polarizadan misagordan perdon:
Fine, per kombino de kontinua kurento, oni povas ricevi incidentajn ondojn de arbitra polarigo. Figuro 7 montras la geometrion de la raportita plene polarizita rekta tensio.
Figuro 7
Resumante, en aplikoj de sendrata transdono (WPT) kun dediĉitaj elektroprovizoj, CP estas preferata ĉar ĝi plibonigas la efikecon de WPT sendepende de la polariza angulo de la anteno. Aliflanke, en plurfonta akiro, precipe de ĉirkaŭaj fontoj, plene polarigitaj antenoj povas atingi pli bonan ĝeneralan ricevon kaj maksimuman porteblecon; plurportaj/plurrektifikaj arkitekturoj estas necesaj por kombini plene polarigitan potencon ĉe RF aŭ DC.
Resumo
Ĉi tiu artikolo revizias la lastatempan progreson en antendezajno por RFEH kaj WPT, kaj proponas norman klasifikon de antendezajno por RFEH kaj WPT, kiu ne estis proponita en antaŭa literaturo. Tri bazaj antenpostuloj por atingi altan RF-al-DC-efikecon estis identigitaj jene:
1. Impedancia bendlarĝo de antenrektifilo por la interesaj RFEH kaj WPT-bendoj;
2. Ĉefa loba vicigo inter sendilo kaj ricevilo en sendrata transdono (WPT) de dediĉita sendo;
3. Polarizada kongruigo inter la rekta ondo kaj la incida ondo sendepende de angulo kaj pozicio.
Surbaze de impedanco, rektaj tensiloj estas klasifikitaj en 50Ω kaj rektifil-konjugitajn rektajn tensilojn, kun fokuso sur impedanca akordigo inter malsamaj bendoj kaj ŝarĝoj kaj la efikeco de ĉiu akordigmetodo.
La radiadaj karakterizaĵoj de SoA-rektenoj estis reviziitaj el la perspektivo de direkteco kaj polarigo. Metodoj por plibonigi gajnon per trabformado kaj enpakado por superi mallarĝan trablarĝon estas diskutitaj. Fine, CP-rektenoj por WPT estas reviziitaj, kune kun diversaj efektivigoj por atingi polariz-sendependan ricevon por WPT kaj RFEH.
Por lerni pli pri antenoj, bonvolu viziti:
Afiŝtempo: 16-a de aŭgusto 2024
