Անտենա-ուղղիչի համատեղ նախագծում
Նկար 2-ում EG տոպոլոգիային համապատասխանող ուղղանկյունների առանձնահատկությունն այն է, որ անտենան ուղղակիորեն համապատասխանում է ուղղիչին, այլ ոչ թե 50Ω ստանդարտին, որը պահանջում է նվազագույնի հասցնել կամ վերացնել ուղղիչը սնուցելու համար համապատասխան սխեման: Այս բաժինը դիտարկում է SoA ուղղանկյունների առավելությունները՝ ոչ 50Ω անտենաներով և համապատասխան ցանցեր չունեցող ուղղանկյունների:
1. Էլեկտրականորեն փոքր անտենաներ
LC ռեզոնանսային օղակաձև անտենաները լայնորեն օգտագործվել են այն դեպքերում, երբ համակարգի չափը կարևոր է: 1 ԳՀց-ից ցածր հաճախականություններում ալիքի երկարությունը կարող է հանգեցնել նրան, որ ստանդարտ բաշխված տարրերի անտենաները զբաղեցնեն համակարգի ընդհանուր չափից ավելի շատ տարածք, և այնպիսի կիրառություններ, ինչպիսիք են մարմնի իմպլանտների համար նախատեսված լիովին ինտեգրված ընդունիչ-ընդունիչները, հատկապես օգտվում են WPT-ի համար էլեկտրականորեն փոքր անտենաների օգտագործումից:
Փոքր անտենայի բարձր ինդուկտիվ դիմադրությունը (մոտ ռեզոնանսային) կարող է օգտագործվել ուղղիչը ուղղակիորեն միացնելու կամ լրացուցիչ չիպի վրա տեղադրված կոնդենսատորային համապատասխանեցման ցանցի հետ միացնելու համար: Էլեկտրականորեն փոքր անտենաներ են հայտնաբերվել WPT-ում՝ LP և CP-ով 1 ԳՀց-ից ցածր հաճախականություններով՝ օգտագործելով Հյուգենսի դիպոլային անտենաներ, որտեղ ka=0.645 է, մինչդեռ նորմալ դիպոլներում ka=5.91 է (ka=2πr/λ0):
2. Ուղղիչ կոնյուգացված ալեհավաք
Դիոդի տիպիկ մուտքային իմպեդանսը բարձր տարողունակ է, ուստի կոնյուգացված իմպեդանս ստանալու համար անհրաժեշտ է ինդուկտիվ անտենա։ Չիպի տարողունակ իմպեդանսի պատճառով բարձր իմպեդանսային ինդուկտիվ անտենաները լայնորեն օգտագործվել են RFID պիտակներում։ Վերջերս դիպոլային անտենաները դարձել են միտում բարդ իմպեդանսային RFID անտենաներում, որոնք ցուցաբերում են բարձր իմպեդանս (դիմադրություն և ռեակտիվություն) իրենց ռեզոնանսային հաճախականության մոտ։
Ինդուկտիվ դիպոլային անտենաները օգտագործվել են հետաքրքրության հաճախականության տիրույթում ուղղիչի բարձր տարողունակությանը համապատասխանեցնելու համար: Ծալված դիպոլային անտենայում կրկնակի կարճ գիծը (դիպոլային ծալում) գործում է որպես իմպեդանսային տրանսֆորմատոր, որը թույլ է տալիս նախագծել չափազանց բարձր իմպեդանսային անտենա: Այլընտրանքորեն, շեղված սնուցումը պատասխանատու է ինդուկտիվ ռեակտիվության, ինչպես նաև իրական իմպեդանսի բարձրացման համար: Բազմակի շեղված դիպոլային տարրերի համադրությունը անհավասարակշիռ թիթեռնիկ-կապող ճառագայթային կեռիկների հետ կազմում է կրկնակի լայնաշերտ բարձր իմպեդանսային անտենա: Նկար 4-ը ցույց է տալիս որոշ գրանցված ուղղիչ-կոնյուգացված անտենաներ:
Նկար 4
RFEH և WPT ճառագայթման բնութագրերը
Ֆրիսի մոդելում, հաղորդիչից d հեռավորության վրա գտնվող անտենայի կողմից ընդունվող PRX հզորությունը ընդունիչի և հաղորդիչի ուժեղացումների (GRX, GTX) ուղղակի ֆունկցիա է։
Անտենայի գլխավոր բլթի ուղղորդվածությունը և բևեռացումը անմիջականորեն ազդում են միջադեպային ալիքից հավաքված հզորության քանակի վրա: Անտենայի ճառագայթման բնութագրերը հիմնական պարամետրեր են, որոնք տարբերակում են շրջակա RFEH-ը և WPT-ը (Նկար 5): Չնայած երկու կիրառություններում էլ տարածման միջավայրը կարող է անհայտ լինել, և դրա ազդեցությունը ընդունվող ալիքի վրա պետք է հաշվի առնել, կարելի է օգտագործել հաղորդող անտենայի մասին գիտելիքները: Աղյուսակ 3-ը ներկայացնում է այս բաժնում քննարկված հիմնական պարամետրերը և դրանց կիրառելիությունը RFEH-ի և WPT-ի համար:
Նկար 5
1. Ուղղորդվածություն և շահույթ
RFEH և WPT կիրառությունների մեծ մասում ենթադրվում է, որ կոլեկտորը չգիտի ընկնող ճառագայթման ուղղությունը և տեսադաշտի (LoS) ուղի չկա: Այս աշխատանքում ուսումնասիրվել են անտենայի բազմաթիվ դիզայններ և տեղադրություններ՝ անհայտ աղբյուրից ստացված հզորությունը մեծացնելու համար՝ անկախ հաղորդչի և ընդունիչի միջև գլխավոր բլթի դասավորվածությունից:
Բազմակողմանի անտենաները լայնորեն օգտագործվել են շրջակա միջավայրի RFEH ուղղանկյուններում: Գրականության մեջ PSD-ն տատանվում է՝ կախված անտենայի կողմնորոշումից: Այնուամենայնիվ, հզորության տատանումը չի բացատրվել, ուստի հնարավոր չէ որոշել, թե արդյոք տատանումը պայմանավորված է անտենայի ճառագայթման պատկերով, թե՞ բևեռացման անհամապատասխանությամբ:
Բացի RFEH կիրառություններից, բարձր ուժեղացմամբ ուղղորդված անտենաներն ու մատրիցները լայնորեն ներկայացվել են միկրոալիքային WPT-ի համար՝ ցածր ՌՀ հզորության խտության հավաքագրման արդյունավետությունը բարելավելու կամ տարածման կորուստները հաղթահարելու համար: Yagi-Uda ուղղանկյուն մատրիցները, թիթեռնիկավոր մատրիցները, պարուրաձև մատրիցները, սերտորեն միացված Vivaldi մատրիցները, CPW CP մատրիցները և միաձուլված մատրիցները մասշտաբային ուղղանկյունների իրականացումներից են, որոնք կարող են մեծացնել միջադեպային հզորության խտությունը որոշակի տարածքում: Անտենայի ուժեղացումը բարելավելու այլ մոտեցումներից են ենթաշերտային ինտեգրված ալիքատարի (SIW) տեխնոլոգիան միկրոալիքային և միլիմետրային ալիքային գոտիներում, որը բնորոշ է WPT-ին: Այնուամենայնիվ, բարձր ուժեղացմամբ ուղղանկյունները բնութագրվում են նեղ ճառագայթային լայնություններով, ինչը ալիքների ընդունումը կամայական ուղղություններով դարձնում է անարդյունավետ: Անտենայի տարրերի և միացքների քանակի վերաբերյալ հետազոտությունները եզրակացրել են, որ ավելի բարձր ուղղորդվածությունը չի համապատասխանում շրջակա RFEH-ում հավաքված ավելի բարձր հզորությանը՝ ենթադրելով եռաչափ կամայական անկում. սա հաստատվել է քաղաքային միջավայրերում դաշտային չափումներով: Բարձր ուժեղացմամբ մատրիցները կարող են սահմանափակվել WPT կիրառություններով:
Բարձր ուժեղացմամբ անտենաների առավելությունները կամայական RFEH-ներին փոխանցելու համար, ուղղորդվածության խնդիրը հաղթահարելու համար օգտագործվում են փաթեթավորման կամ դասավորության լուծումներ: Առաջարկվում է կրկնակի կցամասով անտենա-դաստակ՝ շրջակա Wi-Fi RFEH-ներից էներգիա հավաքելու համար երկու ուղղություններով: Շրջակա միջավայրի բջջային RFEH անտենաները նույնպես նախագծվում են որպես 3D տուփեր և տպագրվում կամ կպչում են արտաքին մակերեսներին՝ համակարգի տարածքը կրճատելու և բազմակողմանի հավաքագրումը հնարավոր դարձնելու համար: Խորանարդաձև ուղղանկյուն կառուցվածքները շրջակա միջավայրի RFEH-ներում էներգիայի ընդունման ավելի բարձր հավանականություն ունեն:
2.4 ԳՀց հաճախականությամբ, 4 × 1 զանգվածներում ճառագայթային լայնությունը մեծացնելու համար կատարվել են անտենայի նախագծման բարելավումներ, ներառյալ օժանդակ պարազիտային կարկատան տարրերը: Առաջարկվել է նաև 6 ԳՀց հաճախականությամբ ցանցային անտենա՝ բազմաթիվ ճառագայթային շրջաններով, որը ցուցադրում է մեկ միացքի վրա բազմաթիվ ճառագայթներ: Բազմաուղղված և բազմաբևեռացված RFEH-ի համար առաջարկվել են բազմաուղղված, բազմաուղղորդող մակերեսային ուղղանկյուններ և էներգիայի հավաքման անտենաներ՝ բազմակողմանի ճառագայթման նախշերով: Բարձր ուժեղացմամբ, բազմաուղղված էներգիայի հավաքման համար առաջարկվել են նաև ճառագայթաձևող մատրիցներով բազմաուղղորդողներ և բազմաուղղված անտենային զանգվածներ:
Ամփոփելով՝ չնայած բարձր ուժեղացմամբ անտենաները նախընտրելի են ցածր ՌՀ խտություններից ստացված հզորությունը բարելավելու համար, բարձր ուղղորդվածությամբ ընդունիչները կարող են իդեալական չլինել այն կիրառություններում, որտեղ հաղորդիչի ուղղությունը անհայտ է (օրինակ՝ շրջակա միջավայրի RFEH կամ WPT՝ անհայտ տարածման ալիքներով): Այս աշխատանքում առաջարկվում են բազմաուղղված բարձր ուժեղացմամբ WPT և RFEH-ի համար բազմաճառագայթային մոտեցումներ:
2. Անտենայի բևեռացում
Անտենայի բևեռացումը նկարագրում է էլեկտրական դաշտի վեկտորի շարժը անտենայի տարածման ուղղության նկատմամբ: Բևեռացման անհամապատասխանությունները կարող են հանգեցնել անտենաների միջև փոխանցման/ընդունման նվազմանը, նույնիսկ երբ հիմնական բլթակների ուղղությունները համընկնում են: Օրինակ, եթե փոխանցման համար օգտագործվում է ուղղահայաց LP անտենա, իսկ ընդունման համար՝ հորիզոնական LP անտենա, ապա էլեկտրաէներգիա չի ստացվի: Այս բաժնում վերանայվում են անլար ընդունման արդյունավետությունը մեծացնելու և բևեռացման անհամապատասխանության կորուստներից խուսափելու համար ներկայացված մեթոդները: Առաջարկվող ուղղանկյունային ճարտարապետության ամփոփումը բևեռացման առումով ներկայացված է նկար 6-ում, իսկ SoA-ի օրինակ՝ աղյուսակ 4-ում:
Նկար 6
Բջջային կապի մեջ բազային կայանների և բջջային հեռախոսների միջև գծային բևեռացման հավասարեցումը քիչ հավանական է, ուստի բազային կայանների անտենաները նախագծված են երկբևեռ կամ բազմաբևեռ լինելու համար՝ բևեռացման անհամապատասխանության կորուստներից խուսափելու համար: Այնուամենայնիվ, բազմաուղի էֆեկտների պատճառով LP ալիքների բևեռացման տատանումը մնում է չլուծված խնդիր: Բազմաբևեռ բջջային բազային կայանների ենթադրության հիման վրա, բջջային RFEH անտենաները նախագծվում են որպես LP անտենաներ:
CP ուղիղ ճառագայթները հիմնականում օգտագործվում են WPT-ում, քանի որ դրանք համեմատաբար դիմացկուն են անհամապատասխանության նկատմամբ: CP անտենաները կարող են ընդունել CP ճառագայթում նույն պտտման ուղղությամբ (ձախլիկ կամ աջլիկ CP)՝ բոլոր LP ալիքներից բացի՝ առանց հզորության կորստի: Ամեն դեպքում, CP անտենաները հաղորդում են, իսկ LP անտենաները՝ ընդունում 3 դԲ կորստով (50% հզորության կորստով): Հաղորդվում է, որ CP ուղիղ ճառագայթները հարմար են 900 ՄՀց և 2.4 ԳՀց և 5.8 ԳՀց արդյունաբերական, գիտական և բժշկական տիրույթների, ինչպես նաև միլիմետրային ալիքների համար: Կամայականորեն բևեռացված ալիքների RFEH-ում բևեռացման բազմազանությունը ներկայացնում է բևեռացման անհամապատասխանության կորուստների հնարավոր լուծում:
Առաջարկվել է լրիվ բևեռացում, որը հայտնի է նաև որպես բազմաբևեռացում, բևեռացման անհամապատասխանության կորուստները լիովին հաղթահարելու համար, հնարավորություն տալով հավաքել և՛ CP, և՛ LP ալիքները, որտեղ երկու կրկնակի բևեռացված օրթոգոնալ LP տարրերը արդյունավետորեն ընդունում են բոլոր LP և CP ալիքները: Սա պատկերելու համար, ուղղահայաց և հորիզոնական ցանցային լարումները (VV և VH) մնում են հաստատուն՝ անկախ բևեռացման անկյունից.
CP էլեկտրամագնիսական ալիքի «E» էլեկտրական դաշտ, որտեղ հզորությունը հավաքվում է երկու անգամ (մեկ անգամ մեկ միավորի համար), այդպիսով լիովին ստանալով CP բաղադրիչը և հաղթահարելով 3 դԲ բևեռացման անհամապատասխանության կորուստը.
Վերջապես, հաստատուն հոսանքի համակցության միջոցով կարելի է ստանալ կամայական բևեռացման միջադեպային ալիքներ: Նկար 7-ը ցույց է տալիս ներկայացված լիովին բևեռացված ուղղանկյան երկրաչափությունը:
Նկար 7
Ամփոփելով՝ WPT կիրառություններում, որոնք ունեն նվիրված սնուցման աղբյուրներ, CP-ն նախընտրելի է, քանի որ այն բարելավում է WPT-ի արդյունավետությունը՝ անկախ անտենայի բևեռացման անկյունից: Մյուս կողմից, բազմաղբյուրից ստացված ազդանշանի դեպքում, հատկապես շրջակա աղբյուրներից, լիովին բևեռացված անտենաները կարող են ապահովել ավելի լավ ընդհանուր ընդունում և առավելագույն փոխադրելիություն. բազմա-միացք/բազմաուղղիչ ճարտարապետությունները պահանջվում են լիովին բևեռացված հզորությունը RF կամ DC-ում համատեղելու համար:
Ամփոփում
Այս հոդվածը դիտարկում է RFEH և WPT ալեհավաքների նախագծման վերջին առաջընթացը և առաջարկում է RFEH և WPT ալեհավաքների նախագծման ստանդարտ դասակարգում, որը նախկինում չի առաջարկվել գրականության մեջ: Բարձր RF-ից DC արդյունավետության հասնելու համար սահմանվել են ալեհավաքի երեք հիմնական պահանջներ՝
1. Անտենայի ուղղիչի իմպեդանսի թողունակությունը հետաքրքրության RFEH և WPT տիրույթների համար։
2. Գլխավոր բլթի հավասարեցում հաղորդչի և ընդունիչի միջև WPT-ում՝ նվիրված սնուցման աղբյուրից։
3. Ուղղանկյունի և միջադեպային ալիքի միջև բևեռացման համապատասխանեցում՝ անկախ անկյունից և դիրքից։
Իմպեդանսի հիման վրա, ուղղանկյունները դասակարգվում են 50Ω և ուղղիչ-կոնյուգացված ուղղանկյունների՝ կենտրոնանալով տարբեր գոտիների և բեռների միջև իմպեդանսի համապատասխանեցման և յուրաքանչյուր համապատասխանեցման մեթոդի արդյունավետության վրա։
SoA ուղղանկյունների ճառագայթման բնութագրերը վերանայվել են ուղղորդվածության և բևեռացման տեսանկյունից: Քննարկվում են նեղ ճառագայթային լայնությունը հաղթահարելու համար ճառագայթաձևավորման և փաթեթավորման միջոցով ուժեղացումը բարելավելու մեթոդները: Վերջապես, վերանայվում են WPT-ի համար նախատեսված CP ուղղանկյունները, ինչպես նաև WPT-ի և RFEH-ի համար բևեռացումից անկախ ընդունման հասնելու տարբեր իրականացումները:
Անտենաների մասին ավելին իմանալու համար այցելեք՝
Հրապարակման ժամանակը. Օգոստոսի 16-2024
