Անտենա-ուղղիչ համատեղ նախագծում
Գծապատկեր 2-ում EG տոպոլոգիային հետևող ուղղանկյունների առանձնահատկությունն այն է, որ ալեհավաքն ուղղակիորեն համընկնում է ուղղիչին, այլ ոչ թե 50Ω ստանդարտին, որը պահանջում է նվազագույնի հասցնել կամ վերացնել համապատասխանող սխեման ուղղիչի սնուցման համար: Այս բաժինը ներկայացնում է SoA rectennas-ի առավելությունները ոչ 50Ω ալեհավաքներով և առանց համապատասխան ցանցերի ռեկտենաների:
1. Էլեկտրական փոքր ալեհավաքներ
LC ռեզոնանսային օղակաձև ալեհավաքները լայնորեն օգտագործվում են այն ծրագրերում, որտեղ համակարգի չափը կարևոր է: 1 ԳՀց-ից ցածր հաճախականություններում ալիքի երկարությունը կարող է հանգեցնել ստանդարտ բաշխված էլեմենտների ալեհավաքների ավելի շատ տարածություն զբաղեցնելու, քան համակարգի ընդհանուր չափը, և այնպիսի ծրագրեր, ինչպիսիք են մարմնի իմպլանտների համար լիովին ինտեգրված հաղորդիչները, հատկապես շահում են WPT-ի համար էլեկտրական փոքր ալեհավաքների օգտագործումը:
Փոքր ալեհավաքի բարձր ինդուկտիվ դիմադրությունը (մոտ ռեզոնանսային) կարող է օգտագործվել ուղղիչն ուղղակիորեն միացնելու համար կամ չիպի վրա գտնվող լրացուցիչ հզորությամբ համապատասխանող ցանցով: Էլեկտրականորեն փոքր ալեհավաքներ WPT-ում հաղորդվել են LP-ով և CP-ով 1 ԳՀց-ից ցածր՝ օգտագործելով Huygens դիպոլային ալեհավաքները՝ ka=0,645, մինչդեռ ka=5,91 նորմալ դիպոլներում (ka=2πr/λ0):
2. Ուղղիչի կոնյուգացիոն ալեհավաք
Դիոդի տիպիկ մուտքային դիմադրությունը բարձր հզորություն է, ուստի ինդուկտիվ ալեհավաք է պահանջվում՝ կոնյուգացիոն դիմադրության հասնելու համար: Չիպի կոնդենսիվ դիմադրության շնորհիվ բարձր դիմադրողականությամբ ինդուկտիվ ալեհավաքները լայնորեն օգտագործվել են RFID պիտակներում: Դիպոլային ալեհավաքները վերջերս դարձել են բարդ դիմադրողականություն RFID ալեհավաքների միտում, որոնք ցույց են տալիս բարձր դիմադրություն (դիմադրություն և ռեակտանս) իրենց ռեզոնանսային հաճախականության մոտ:
Ինդուկտիվ դիպոլային ալեհավաքները օգտագործվել են ուղղիչի բարձր հզորությունը հետաքրքրող հաճախականության գոտում համապատասխանելու համար: Ծալված դիպոլային ալեհավաքում կրկնակի կարճ գիծը (դիպոլային ծալք) գործում է որպես դիմադրողականության տրանսֆորմատոր՝ թույլ տալով չափազանց բարձր դիմադրողականության ալեհավաքի ձևավորում: Որպես այլընտրանք, կողմնակալության սնուցումը պատասխանատու է ինդուկտիվ ռեակտիվության, ինչպես նաև իրական դիմադրության բարձրացման համար: Բազմաթիվ կողմնակալ դիպոլային տարրերի համադրումը անհավասարակշիռ թիթեռնիկով շառավղային կոճղերի հետ կազմում է երկակի լայնաշերտ բարձր դիմադրողականության ալեհավաք: Նկար 4-ը ցույց է տալիս որոշ հաղորդված ուղղիչ կոնյուգացիոն ալեհավաքներ:
Նկար 4
Ռադիացիոն բնութագրերը RFEH-ում և WPT-ում
Friis մոդելում PRX-ի հզորությունը, որը ստացվում է ալեհավաքի կողմից հաղորդիչից d հեռավորության վրա, ուղղակիորեն կախված է ստացողի և հաղորդիչի շահույթից (GRX, GTX):
Ալեհավաքի հիմնական բլթի ուղղորդվածությունը և բևեռացումը ուղղակիորեն ազդում են միջադեպի ալիքից հավաքվող էներգիայի քանակի վրա: Ալեհավաքի ճառագայթման բնութագրերը հիմնական պարամետրերն են, որոնք տարբերում են շրջակա միջավայրի RFEH-ը և WPT-ը (Նկար 5): Թեև երկու կիրառություններում էլ տարածման միջավայրը կարող է անհայտ լինել, և դրա ազդեցությունը ստացված ալիքի վրա պետք է հաշվի առնել, հաղորդող ալեհավաքի մասին գիտելիքները կարող են օգտագործվել: Աղյուսակ 3-ում ներկայացված են այս բաժնում քննարկված հիմնական պարամետրերը և դրանց կիրառելիությունը RFEH-ի և WPT-ի համար:
Նկար 5
1. Ուղղորդություն և շահույթ
RFEH և WPT հավելվածների մեծ մասում ենթադրվում է, որ կոլեկտորը չգիտի անկման ճառագայթման ուղղությունը և չկա տեսադաշտի (LoS) ուղի: Այս աշխատանքում հետազոտվել են ալեհավաքների բազմաթիվ նախագծումներ և տեղադրումներ՝ առավելագույնի հասցնելու անհայտ աղբյուրից ստացվող հզորությունը՝ անկախ հաղորդիչի և ստացողի միջև հիմնական բլթի հավասարեցումից:
Բազմակողմանի ալեհավաքները լայնորեն օգտագործվել են բնապահպանական RFEH ուղղանկյուն սարքերում: Գրականության մեջ PSD-ն տատանվում է՝ կախված ալեհավաքի կողմնորոշումից: Այնուամենայնիվ, հզորության տատանումները բացատրված չեն, ուստի հնարավոր չէ որոշել, թե արդյոք փոփոխությունը պայմանավորված է ալեհավաքի ճառագայթման ձևով, թե բևեռացման անհամապատասխանությամբ:
Ի լրումն RFEH հավելվածների, միկրոալիքային WPT-ի համար լայնորեն հաղորդվել են բարձր օգուտի ուղղորդող ալեհավաքներ և զանգվածներ՝ բարելավելու ռադիոհաճախականության ցածր էներգիայի խտության հավաքման արդյունավետությունը կամ հաղթահարելու տարածման կորուստները: Yagi-Uda rectenna զանգվածները, աղեղնավոր զանգվածները, պարուրաձև զանգվածները, սերտորեն զուգակցված Vivaldi զանգվածները, CPW CP զանգվածները և կարկատանային զանգվածները մասշտաբային ուղիղ միացումներից են, որոնք կարող են առավելագույնի հասցնել անկման հզորության խտությունը որոշակի տարածքում: Ալեհավաքի ձեռքբերման բարելավման այլ մոտեցումներ ներառում են ենթաշերտի ինտեգրված ալիքատար (SIW) տեխնոլոգիան միկրոալիքային և միլիմետրային ալիքների տիրույթներում, որոնք հատուկ են WPT-ին: Այնուամենայնիվ, բարձր շահույթով ուղղանկյունները բնութագրվում են ճառագայթների նեղ լայնություններով, ինչը անարդյունավետ է դարձնում կամայական ուղղություններով ալիքների ընդունումը: Ալեհավաքի տարրերի և պորտերի քանակի հետաքննությունները եզրակացրել են, որ ավելի բարձր ուղղորդումը չի համապատասխանում շրջակա միջավայրի RFEH-ում հավաքված ավելի մեծ հզորությանը, ենթադրելով եռաչափ կամայական պատահականություն. Սա հաստատվել է քաղաքային միջավայրում դաշտային չափումների միջոցով: Բարձր շահույթով զանգվածները կարող են սահմանափակվել միայն WPT հավելվածներով:
Բարձր շահույթով ալեհավաքների առավելությունները կամայական RFEH-ներին փոխանցելու համար օգտագործվում են փաթեթավորման կամ դասավորության լուծումներ՝ ուղղորդման խնդիրը հաղթահարելու համար: Առաջարկվում է երկկողմանի ալեհավաքով ձեռքի ժապավեն՝ շրջակա Wi-Fi RFEH-ներից էներգիա հավաքելու համար երկու ուղղությամբ: Շրջակա բջջային RFEH ալեհավաքները նաև նախագծված են որպես 3D տուփեր և տպագրվում կամ կպչում են արտաքին մակերեսներին՝ համակարգի տարածքը նվազեցնելու և բազմակողմանի բերքահավաքը հնարավոր դարձնելու համար: Խորանարդ ուղղանկյուն կառուցվածքները շրջակա RFEH-ներում էներգիայի ընդունման ավելի մեծ հավանականություն ունեն:
Բարելավումներ են կատարվել ալեհավաքի դիզայնում՝ ճառագայթների լայնությունը մեծացնելու համար, ներառյալ օժանդակ մակաբուծական կարկատան տարրերը, բարելավվել են WPT 2,4 ԳՀց հաճախականությամբ, 4 × 1 զանգվածները: Առաջարկվել է նաև 6 ԳՀց ցանցային ալեհավաք՝ բազմակի ճառագայթային շրջաններով, որը ցույց է տալիս յուրաքանչյուր նավահանգստի մի քանի ճառագայթ: Բազմուղղորդված և բազմաբևեռացված RFEH-ի համար առաջարկվել են բազմակողմ, բազմաուղղիչ մակերևույթի ուղիղ ռեկտեններ և էներգիա հավաքող ալեհավաքներ՝ համակողմանի ճառագայթման նախշերով: Առաջարկվել են նաև ճառագայթներ ձևավորող մատրիցներով և բազմապորտ ալեհավաքներով բազմաուղղիչներ՝ էներգիայի բարձր շահույթով, բազմակողմանի հավաքման համար:
Ամփոփելով, թեև բարձր շահույթով ալեհավաքները նախընտրելի են՝ բարելավելու ցածր ռադիոհաճախականության խտություններից ստացվող հզորությունը, բարձր ուղղորդված ընդունիչները կարող են իդեալական չլինել այն ծրագրերում, որտեղ հաղորդիչի ուղղությունը անհայտ է (օրինակ՝ շրջապատող RFEH կամ WPT անհայտ տարածման ալիքների միջոցով): Այս աշխատանքում առաջարկվում են բազմաբնույթ ճառագայթային մոտեցումներ բազմակողմանի բարձր շահույթով WPT-ի և RFEH-ի համար:
2. Անտենայի բևեռացում
Ալեհավաքի բևեռացումը նկարագրում է էլեկտրական դաշտի վեկտորի շարժումը ալեհավաքի տարածման ուղղությամբ: Բևեռացման անհամապատասխանությունները կարող են հանգեցնել ալեհավաքների միջև փոխանցման/ընդունման նվազմանը, նույնիսկ այն դեպքում, երբ հիմնական բլթի ուղղությունները հավասարեցված են: Օրինակ, եթե փոխանցման համար օգտագործվի ուղղահայաց LP ալեհավաք, իսկ ընդունման համար օգտագործվի հորիզոնական LP ալեհավաք, էներգիա չի ստացվի: Այս բաժնում դիտարկվում են անլար ընդունման արդյունավետությունը առավելագույնի հասցնելու և բևեռացման անհամապատասխանության կորուստներից խուսափելու հաղորդված մեթոդները: Առաջարկվող ուղղանկյուն ճարտարապետության ամփոփումը բևեռացման առումով տրված է Նկար 6-ում, իսկ SoA-ի օրինակը տրված է Աղյուսակ 4-ում:
Նկար 6
Բջջային հաղորդակցություններում բազային կայանների և բջջային հեռախոսների միջև գծային բևեռացման հավասարեցումը դժվար թե հնարավոր լինի հասնել, ուստի բազային կայանի ալեհավաքները նախագծված են երկբևեռացված կամ բազմաբևեռացված լինելու համար՝ խուսափելու բևեռացման անհամապատասխանության կորուստներից: Այնուամենայնիվ, բազմուղի էֆեկտների պատճառով LP ալիքների բևեռացման փոփոխությունը մնում է չլուծված խնդիր: Բազմաբևեռացված շարժական բազային կայանների ենթադրության հիման վրա բջջային RFEH ալեհավաքները նախագծված են որպես LP ալեհավաքներ:
CP rectenna-ները հիմնականում օգտագործվում են WPT-ում, քանի որ դրանք համեմատաբար դիմացկուն են անհամապատասխանության նկատմամբ: CP ալեհավաքները կարող են ստանալ CP ճառագայթում պտտման նույն ուղղությամբ (ձախ կամ աջակողմյան CP) ի լրումն բոլոր LP ալիքների՝ առանց էներգիայի կորստի: Ամեն դեպքում, CP ալեհավաքը փոխանցում է, իսկ LP ալեհավաքը ստանում է 3 դԲ կորստով (50% էներգիայի կորուստ): Հաղորդվում է, որ CP rectenna-ները հարմար են 900 ՄՀց և 2,4 ԳՀց և 5,8 ԳՀց արդյունաբերական, գիտական և բժշկական տիրույթների, ինչպես նաև միլիմետրային ալիքների համար: Կամայական բևեռացված ալիքների RFEH-ում բևեռացման բազմազանությունը ներկայացնում է բևեռացման անհամապատասխանության կորուստների հնարավոր լուծում:
Ամբողջական բևեռացումը, որը նաև հայտնի է որպես բազմաբևեռացում, առաջարկվել է ամբողջությամբ հաղթահարել բևեռացման անհամապատասխանության կորուստները՝ հնարավորություն տալով հավաքել և՛ CP, և՛ LP ալիքները, որտեղ երկու երկբևեռացված ուղղանկյուն LP տարրեր արդյունավետորեն ստանում են բոլոր LP և CP ալիքները: Սա ցույց տալու համար ուղղահայաց և հորիզոնական ցանցի լարումները (VV և VH) մնում են հաստատուն՝ անկախ բևեռացման անկյունից.
CP էլեկտրամագնիսական ալիքի «E» էլեկտրական դաշտ, որտեղ հզորությունը հավաքվում է երկու անգամ (մեկ միավորի համար), դրանով իսկ ամբողջությամբ ստանալով CP բաղադրիչը և հաղթահարելով 3 դԲ բևեռացման անհամապատասխանության կորուստը.
Վերջապես, DC համակցման միջոցով կարելի է ստանալ կամայական բևեռացման պատահական ալիքներ: Նկար 7-ը ցույց է տալիս հաղորդված ամբողջությամբ բևեռացված ուղիղ անկյունի երկրաչափությունը:
Նկար 7
Ամփոփելով, WPT հավելվածներում հատուկ սնուցման աղբյուրներով CP-ն նախընտրելի է, քանի որ այն բարելավում է WPT-ի արդյունավետությունը՝ անկախ ալեհավաքի բևեռացման անկյունից: Մյուս կողմից, բազմաղբյուրների ձեռքբերման ժամանակ, հատկապես շրջակա միջավայրի աղբյուրներից, լիովին բևեռացված ալեհավաքները կարող են հասնել ավելի լավ ընդհանուր ընդունման և առավելագույն դյուրատարության: Պահանջվում են մի քանի նավահանգիստ/բազմաթիվ ուղղիչ ճարտարապետություններ՝ ՌԴ-ում կամ DC-ում լիովին բևեռացված հզորությունը համատեղելու համար:
Ամփոփում
Այս փաստաթուղթը վերանայում է RFEH-ի և WPT-ի համար ալեհավաքների նախագծման վերջին առաջընթացը և առաջարկում է RFEH-ի և WPT-ի համար ալեհավաքի նախագծման ստանդարտ դասակարգում, որը չի առաջարկվել նախորդ գրականության մեջ: Երեք հիմնական ալեհավաքի պահանջները բարձր RF-ից DC արդյունավետության հասնելու համար սահմանվել են որպես.
1. Ալեհավաքի ուղղիչի դիմադրության թողունակությունը RFEH և WPT հետաքրքրության գոտիների համար;
2. Հիմնական բլթի հավասարեցում հաղորդիչի և ստացողի միջև WPT-ում հատուկ սնուցումից;
3. Բևեռացման համընկնում ուղիղ ալիքի և անկման ալիքի միջև՝ անկախ անկյունից և դիրքից:
Ելնելով իմպեդանսից՝ ուղղաձիգները դասակարգվում են 50Ω-ի և ուղղիչի կոնյուգացիոն ուղղանկյունների՝ կենտրոնանալով տարբեր ժապավենների և բեռների միջև դիմադրության համապատասխանության և յուրաքանչյուր համապատասխանող մեթոդի արդյունավետության վրա:
SoA rectennas-ի ճառագայթման բնութագրերը վերանայվել են ուղղորդման և բևեռացման տեսանկյունից: Քննարկվում են ճառագայթների ձևավորման և նեղ լայնությունը հաղթահարելու համար շահույթը բարելավելու մեթոդները: Վերջապես, WPT-ի համար CP rectenna-ները վերանայվում են, ինչպես նաև տարբեր իրականացումներ՝ WPT-ի և RFEH-ի բևեռացումից անկախ ընդունելություն ձեռք բերելու համար:
Ալեհավաքների մասին ավելին իմանալու համար այցելեք՝
Հրապարակման ժամանակը՝ օգոստոսի 16-2024
