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 di 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, rendendu inefficace a ricezione di onde in direzzione arbitraria. 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 parechji fasci per portu. Rectenni superfici multi-port, 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.
I 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
