Antenna-Rectifier Co-design
A caratteristica di i rectenni chì seguitanu a topologia EG in a Figura 2 hè chì l'antenna hè diretta direttamente à u rettificatore, invece di u standard 50Ω, chì esige minimizzà o eliminà u circuitu currispundente per alimentà u rettificatore. Questa rùbbrica rivista i vantaghji di rectennes SoA cù antenne non-50Ω è rectennes senza rete currispondenti.
1. Electrically Small Antennas
L'antenne d'anellu di risonanza LC sò state largamente usate in applicazioni induve a dimensione di u sistema hè critica. À frequenze sottu à 1 GHz, a lunghezza d'onda pò causà l'antenne standard di elementi distribuiti per occupà più spaziu di a dimensione generale di u sistema, è l'applicazioni cum'è transceivers integrati per l'implantazioni di u corpu beneficianu particularmente di l'usu di antenne elettriche chjuche per WPT.
L'alta impedenza induttiva di a piccula antenna (quasi risonanza) pò esse aduprata per accoppià direttamente u rettificatore o cù una rete addizionale di currispundenza capacitiva in chip. Antenne elettriche chjuche sò state signalate in WPT cù LP è CP sottu à 1 GHz utilizendu antenne dipolu Huygens, cù ka = 0,645, mentri ka = 5,91 in dipoli normali (ka = 2πr/λ0).
2. Rectifier conjugate antenna
L'impedenza di input tipica di un diodu hè altamente capacitiva, cusì una antenna induttiva hè necessaria per ottene l'impedenza conjugata. A causa di l'impedenza capacitiva di u chip, l'antenni induttivi d'alta impedenza sò stati largamente usati in tag RFID. L'antenne Dipole sò diventate recentemente una tendenza in l'antenni RFID di impedenza cumplessa, chì mostranu una alta impedenza (resistenza è reactance) vicinu à a so frequenza di risonanza.
L'antenne di dipole inductive sò state aduprate per currisponde à l'alta capacità di u rettificatore in a banda di freccia d'interessu. In una antenna dipolu plegata, a doppia linea corta (plegatura di dipole) agisce cum'è un trasformatore d'impedenza, chì permette u disignu di una antenna d'impedenza estremamente alta. In alternativa, l'alimentazione di bias hè rispunsevule per aumentà a reattanza induttiva è l'impedenza attuale. A combinazione di più elementi dipolo biased cù stubs radiali di cravatta sbilanciata forma una antenna doppia a banda larga di alta impedenza. A Figura 4 mostra alcune antenne conjugate di rettificatore riportate.
Figura 4
Caratteristiche di a radiazione in RFEH è WPT
In u mudellu Friis, u putere PRX ricevutu da una antenna à una distanza d da u trasmettitore hè una funzione diretta di u ricevitore è trasmettitore guadagnà (GRX, GTX).
A direttività di lòbulu principale di l'antenna è a polarizazione impactanu direttamente a quantità di putenza raccolta da l'onda incidente. E caratteristiche di a radiazione di l'antenna sò paràmetri chjave chì differenzianu trà RFEH ambientale è WPT (Figura 5). Mentre chì in e duie applicazioni, u mediu di propagazione pò esse scunnisciutu è u so effettu nantu à l'onda ricevuta deve esse cunsideratu, a cunniscenza di l'antenna di trasmissione pò esse sfruttata. A Tabella 3 identifica i paràmetri chjave discututi in questa sezione è a so applicabilità à RFEH è WPT.
Figura 5
1. Direttività è guadagnà
In a maiò parte di l'applicazioni RFEH è WPT, si assume chì u cullettore ùn cunnosci micca a direzzione di a radiazione incidente è ùn ci hè micca una linea di vista (LoS). In questu travagliu, parechji disinni d'antenna è piazzamenti sò stati investigati per maximizà a putenza ricevuta da una fonte scunnisciuta, indipendentemente da l'allineamentu di lobi principali trà u trasmettitore è u ricevitore.
L'antenne omnidirezionali sò state largamente usate in i rectenni RFEH ambientali. In a literatura, u PSD varieghja secondu l'orientazione di l'antenna. Tuttavia, a variazione di u putere ùn hè micca stata spiegata, per quessa, ùn hè micca pussibule di determinà se a variazione hè dovuta à u mudellu di radiazione di l'antenna o à causa di una discrepanza di polarizazione.
In più di l'applicazioni RFEH, l'antenne direzionali è l'array d'altu guadagnu sò state largamente riportate per u WPT à microonde per migliurà l'efficienza di raccolta di densità di putenza RF bassa o superà e perdite di propagazione. Arrays rectenna Yagi-Uda, arrays bowtie, arrays spirali, arrays Vivaldi strettamente accoppiati, arrays CPW CP è patch arrays sò trà l'implementazioni di rectenna scalabili chì ponu maximizà a densità di putenza incidente sottu una certa zona. Altri approcci per migliurà u guadagnu di l'antenna includenu a tecnulugia di guida d'onda integrata di sustrato (SIW) in bande di microonde è d'onda millimetrica, specifiche à WPT. In ogni casu, i rectenni d'altu guadagnu sò carattarizati da larghezze di fasciu strette, chì facenu a ricezione di onde in direzzione arbitraria inefficace. L'investigazioni in u numeru di elementi di l'antenna è di i porti cuncludi chì a direzzione più alta ùn currisponde à u putere più altu di cugliera in l'ambienti RFEH assumendu l'incidenza arbitraria tridimensionale; questu hè statu verificatu da e misurazioni di campu in ambienti urbani. L'arrays high-gain ponu esse limitati à l'applicazioni WPT.
Per trasfirià i benefici di l'antenne d'altu guadagnu à RFEH arbitrarie, soluzioni di imballaggio o layout sò utilizzate per superà u prublema di direttività. Un braccialetto d'antenna à doppia patch hè prupostu per coglie l'energia da RFEH Wi-Fi ambientali in duie direzzione. L'antenne RFEH cellulari ambientali sò ancu cuncepite cum'è scatuli 3D è stampate o aderite à superfici esterne per riduce l'area di u sistema è permettenu a cugliera multidirezionale. Strutture rectenna cubica mostranu una probabilità più alta di ricezione di energia in RFEH ambientali.
Migliuramenti à u disignu di l'antenna per aumentà a larghezza di fasciu, cumpresi elementi di patch parassiti ausiliarii, sò stati fatti per migliurà WPT à 2.4 GHz, arrays 4 × 1. Hè stata pruposta ancu una antenna di maglia di 6 GHz cù più regioni di fasciu, dimustrendu più fasci per portu. Rectenni superfici multi-portu, multi-rectifier è antenne di cugliera di energia cù mudelli di radiazione omnidirezionale sò stati pruposti per RFEH multidirezionale è multipolarizatu. Multi-rectifiers cù matrici di beamforming è arrays d'antenne multi-portu sò stati pruposti ancu per a cugliera di energia d'altu guadagnu, multidirezionale.
In riassuntu, mentri l'antenne d'altu guadagnu sò preferite per migliurà a putenza raccolta da densità RF bassu, i ricevitori altamente direzzione ùn ponu micca ideali in applicazioni induve a direzzione di trasmettitore hè scunnisciuta (per esempiu, RFEH ambientale o WPT attraversu canali di propagazione scunnisciuti). In questu travagliu, parechji approcci multi-ravi sò pruposti per u WPT è RFEH multidirezionale di altu guadagnu.
2. Antenna Polarization
A polarizazione di l'antenna descrive u muvimentu di u vettore di campu elettricu relative à a direzzione di propagazione di l'antenna. A discordanza di polarizazione pò purtà à una trasmissione / ricezione ridutta trà l'antenne ancu quandu e direzzione di lobi principali sò allineati. Per esempiu, se una antenna LP verticale hè aduprata per a trasmissione è una antenna LP horizontale hè aduprata per a ricezione, nisuna putenza serà ricevutu. In questa sezione, i metudi rappurtati per maximizà l'efficienza di ricezione wireless è per evità perdite di discordanza di polarizazione sò rivisioni. Un riassuntu di l'architettura di rectenna pruposta in quantu à a polarizazione hè datu in Figura 6 è un esempiu SoA hè datu in Table 4.
Figura 6
In e cumunicazioni cellulari, l'allineamentu di polarizazione lineare trà e stazioni di basa è i telefoni cellulari hè improbabile di esse rializatu, cusì l'antenne di stazioni di basa sò pensate per esse polarizzate o multipolarizzate per evità perdite di discordanza di polarizazione. Tuttavia, a variazione di polarizazione di l'onda LP per l'effetti multipath resta un prublema senza risolve. Basatu nantu à l'assunzione di stazioni base mobile multipolarizzate, l'antenne RFEH cellulari sò cuncepite cum'è antenne LP.
Rectenni CP sò principarmenti usati in WPT perchè sò relativamente resistenti à u mistch. L'antenni CP sò capaci di riceve a radiazione CP cù a listessa direzzione di rotazione (CP à manca o à diritta) in più di tutte l'onda LP senza perdita di putenza. In ogni casu, l'antenna CP trasmette è l'antenna LP riceve cù una perdita di 3 dB (perdita di putenza di 50%). Rectenni CP sò riferiti per esse adattati per 900 MHz è 2.4 GHz è 5.8 GHz bande industriali, scientifiche è mediche è ancu onde millimetriche. In RFEH di onde polarizzate arbitrariamente, a diversità di polarizazione rapprisenta una suluzione potenziale à perdite di discordanza di polarizazione.
A polarizazione cumpleta, cunnisciuta ancu com'è multipolarizazione, hè stata pruposta per superà cumplettamente e perdite di discordanza di polarizazione, chì permette a cullizzioni di l'onda CP è LP, induve dui elementi LP ortogonali duali polarizzati ricevenu in modu efficace tutte l'onda LP è CP. Per illustrà questu, i tensioni netti verticali è horizontali (VV è VH) restanu custanti, indipendentemente da l'angolo di polarizazione:
Campu elettricu "E" di l'onda elettromagnetica CP, induve a putenza hè cullata duie volte (una volta per unità), ricevendu cusì cumplettamente u cumpunente CP è superendu a perdita di discordanza di polarizazione di 3 dB:
Infine, attraversu a cumminazzioni DC, l'onda incidente di polarizazione arbitraria pò esse ricevuta. A Figura 7 mostra a geometria di a rectenna completamente polarizzata.
Figura 7
In riassuntu, in l'applicazioni WPT cù forniture d'energia dedicate, CP hè preferitu perchè migliurà l'efficienza WPT indipendentemente da l'angolo di polarizazione di l'antenna. Per d 'altra banda, in l'acquistu multi-fonte, in particulare da e fonti ambientali, l'antenni completamente polarizati ponu ottene una migliore ricezione generale è a massima portabilità; L'architetture multi-portu / multi-rectifier sò richieste per cumminà a putenza cumplettamente polarizzata à RF o DC.
Riassuntu
Stu documentu rivista u prugressu recente in u disignu di l'antenna per RFEH è WPT, è prupone una classificazione standard di u disignu di l'antenna per RFEH è WPT chì ùn hè micca stata pruposta in a literatura precedente. Trè requisiti basi di antenna per ottene un'alta efficienza RF-to-DC sò stati identificati cum'è:
1. Larghezza di banda di impedenza di l'antenna rectifier per e bande d'interessu RFEH è WPT;
2. Allineamentu di lobi principali trà trasmettitore è ricevitore in WPT da un alimentu dedicatu;
3. Polarization matching between the rectenna and the incident wave regardless of angle and position.
Basatu nantu à l'impedenza, i rectenni sò classificati in 50Ω è rectenni conjugate di u rettificatore, cun un focusu nantu à l'impedenza currispondente trà e diverse bande è carichi è l'efficienza di ogni metudu di currispondenza.
E caratteristiche di a radiazione di i rectenni SoA sò state riviste da a perspettiva di a direttività è a polarizazione. I metudi per migliurà u guadagnu da u beamforming è l'imballu per superà a larghezza di fasciu strettu sò discututi. Infine, i rectenni CP per WPT sò riveduti, inseme cù diverse implementazioni per ottene una ricezione indipendente da polarizazione per WPT è RFEH.
Per sapè di più nantu à l'antenne, visitate:
Tempu di post: Aug-16-2024
