1.Réamhrá
Tá baint mhór ag baint le fuinneamh minicíocht raidió (RF) (RFEH) agus aistriú cumhachta radiative gan sreang (WPT) mar mhodhanna chun líonraí gan sreang inbhuanaithe gan ceallraí a bhaint amach. Tá Rectennas mar bhunchloch na gcóras WPT agus RFEH agus tá tionchar suntasach acu ar an gcumhacht DC a sheachadtar chuig an ualach. Bíonn tionchar díreach ag eilimintí aeróige na rectenna ar an éifeachtúlacht bhuainte, ar féidir leis an gcumhacht bainte a athrú de réir roinnt orduithe méide. Déanann an páipéar seo athbhreithniú ar na dearaí aeróige a úsáidtear in iarratais WPT agus RFEH comhthimpeallach. Déantar na rectennas tuairiscithe a rangú de réir dhá phríomhchritéar: bandaleithead impedance a cheartú an t-antenna agus tréithe radaíochta an aeróige. I gcás gach critéar, déantar an figiúr fiúntais (FoM) d’iarratais éagsúla a chinneadh agus a athbhreithniú go comparáideach.
Mhol Tesla WPT go luath sa 20ú haois mar mhodh chun na mílte each-chumhacht a tharchur. Tháinig an téarma rectenna, a chuireann síos ar aeróg atá ceangailte le coigeartóir chun cumhacht RF a bhaint, chun cinn sna 1950í le haghaidh feidhmeanna tarchuir cumhachta micreathonnta spáis agus chun drones uathrialaitheacha a chumhachtú. Olltreoch, fadraoin WPT srianta ag airíonna fisiceacha an mheán iomadú (aer). Dá bhrí sin, tá WPT tráchtála teoranta go príomha d'aistriú cumhachta neamh-radiative gar-réimse le haghaidh muirearú leictreonaice tomhaltóra gan sreang nó RFID.
De réir mar a leanann tomhaltas cumhachta feistí leathsheoltóra agus nóid braiteora gan sreang ag laghdú, éiríonn sé níos indéanta nóid braiteora cumhachta a úsáid ag baint úsáide as RFEH comhthimpeallach nó ag baint úsáide as tarchuradóirí omnidirectional ísealchumhachta dáilte. De ghnáth is éard atá i gcórais chumhachta gan sreang ultra-íseal-chumhachta ná deireadh tosaigh fála RF, bainistíocht cumhachta agus cuimhne DC, agus microprocessor íseal-chumhachta agus transceiver.
Taispeánann Figiúr 1 ailtireacht nód gan sreang RFEH agus na feidhmiúcháin tosaigh RF a thuairiscítear go coitianta. Braitheann éifeachtacht deireadh go deireadh an chórais chumhachta gan sreang agus ailtireacht an líonra faisnéise agus aistrithe cumhachta gan sreang sioncrónaithe ar fheidhmíocht comhpháirteanna aonair, mar shampla antennas, coigeartóirí, agus ciorcaid bhainistíochta cumhachta. Rinneadh roinnt suirbhéanna litríochta ar chodanna éagsúla den chóras. Déanann Tábla 1 achoimre ar an gcéim chomhshó cumhachta, na príomhchodanna le haghaidh comhshó cumhachta éifeachtach, agus suirbhéanna litríochta gaolmhara do gach cuid. Díríonn litríocht le déanaí ar theicneolaíocht chomhshó cumhachta, topologies coigeartóirí, nó RFEH atá feasach ar an ngréasán.
Fíor 1
Mar sin féin, ní mheastar dearadh antenna mar chomhpháirt ríthábhachtach i RFEH. Cé go measann roinnt litríochta bandaleithead agus éifeachtúlacht antenna ó thaobh foriomlán nó ó thaobh dearadh antenna sonrach, mar shampla antennas miniaturized nó wearable, ní dhéantar anailís mhionsonraithe ar thionchar paraiméadair antenna áirithe ar fáiltiú cumhachta agus éifeachtúlacht chomhshó.
Déanann an páipéar seo athbhreithniú ar theicnící deartha antenna i rectennas agus é mar aidhm idirdhealú a dhéanamh idir dúshláin deartha antenna sonracha RFEH agus WPT ó dhearadh caighdeánach antenna cumarsáide. Déantar comparáid idir antennas ó dhá pheirspictíocht: meaitseáil impedance ceann go deireadh agus tréithe radaíochta; i ngach cás, sainaithnítear agus athbhreithnítear an FoM sna haeróga den scoth (SoA).
2. Bandaleithid agus Meaitseáil: Líonraí RF Neamh-50Ω
Is breithniú luath é an impedance sainiúil de 50Ω ar an gcomhréiteach idir tanú agus cumhacht in iarratais innealtóireachta micreathonn. In antennas, sainmhínítear an bandaleithead impedance mar an raon minicíochta áit a bhfuil an chumhacht frithchaite níos lú ná 10% (S11 < - 10 dB). Ós rud é go ndeartar aimplitheoirí torainn íseal (LNAanna), aimplitheoirí cumhachta, agus brathadóirí de ghnáth le meaitseáil impedance ionchuir 50Ω, déantar tagairt go traidisiúnta d'fhoinse 50Ω.
I rectenna, cuirtear aschur an antenna go díreach isteach sa choigeartóir, agus bíonn éagsúlacht mhór sa impedance ionchuir mar gheall ar neamhlíneacht an dé-óid, agus an chomhpháirt capacitive chun tosaigh. Ag glacadh le antenna 50Ω, is é an príomhdhúshlán líonra meaitseála RF breise a dhearadh chun an impedance ionchuir a athrú go dtí impedance an choigeartóra ar mhinicíocht spéise agus é a bharrfheabhsú le haghaidh leibhéal cumhachta ar leith. Sa chás seo, tá gá le bandaleithead impedance deireadh go deireadh chun comhshó éifeachtach RF go DC a chinntiú. Dá bhrí sin, cé gur féidir le antennas bandaleithead gan teorainn nó ultra-leathan go teoiriciúil a bhaint amach trí úsáid a bhaint as eilimintí tréimhsiúla nó céimseata féin-chomhlántach, beidh bandaleithead na rectenna faoi bhagairt ag an líonra meaitseála coigeartóirí.
Tá roinnt topologies rectenna molta chun fómhar aonbhanda agus ilbhanda nó WPT a bhaint amach trí mhachnamh a íoslaghdú agus aistriú cumhachta idir an t-aeróg agus an ceartaitheoir a uasmhéadú. Taispeánann Figiúr 2 struchtúir na dtopeolaíochtaí rectenna tuairiscithe, arna gcatagóiriú de réir a n-ailtireachta meaitseála bacainní. Léiríonn Tábla 2 samplaí de rectennas ardfheidhmíochta maidir le bandaleithead ceann go ceann (sa chás seo, FoM) do gach catagóir.
Figiúr 2 topologí na rectenna ó thaobh bandaleithead agus meaitseáil bacainní. (a) Radhaircíní aonbhanda le haintéin chaighdeánach. (b) Radhaircíní ilbhanda (comhdhéanta d'il-aintéiní atá cúpláilte go frithpháirteach) le coigeartóir amháin agus líonra meaitseála amháin in aghaidh an bhanda. (c) Radhaircíní leathanbhanda le calafoirt RF iolracha agus líonraí meaitseála ar leith do gach banda. (d) Raidrín leathanbhanda le haeróg leathanbhanda agus líonra meaitseála leathanbhanda. (e) Reachtanna aonbhanda a úsáideann aeróg bheag leictreach atá meaitseáilte go díreach leis an gcoigeartóir. (f) Aintíní aonbhanda, mór leictrigh le bac coimpléascach chun comhchuingeach a dhéanamh leis an gcoigeartóir. (g) rectenna leathanbhanda a bhfuil bac casta aige chun comhchuingeach a dhéanamh leis an gcoigeartóir thar raon minicíochtaí.
Cé gur feidhmchláir éagsúla rectenna iad WPT agus RFEH comhthimpeallach ó bheathú tiomnaithe, tá meaitseáil deireadh le deireadh idir antenna, coigeartóir agus ualach bunúsach chun éifeachtacht chomhshó ardchumhachta (PCE) a bhaint amach ó thaobh bandaleithead. Mar sin féin, díríonn rectennas WPT níos mó ar mheaitseáil fachtóir cáilíochta níos airde a bhaint amach (S11 níos ísle) chun TCP aonbhanda a fheabhsú ag leibhéil chumhachta áirithe (topologies a, e agus f). Feabhsaíonn bandaleithead leathan WPT aon-bhanna díolúine an chórais do dhítiúnadh, lochtanna déantúsaíochta agus paraisítí pacáistithe. Ar an láimh eile, tugann rectennas RFEH tosaíocht d'oibriú il-bhanna agus baineann siad le topologies bd agus g, toisc go bhfuil an dlús speictreach cumhachta (PSD) de bhanna aonair níos ísle go ginearálta.
3. Dearadh antenna dronuilleogach
1. Ricínín aon-minicíochta
Tá dearadh antenna na rectenna aon-minicíochta (topology A) bunaithe go príomha ar dhearadh caighdeánach antenna, mar shampla polarú líneach (LP) nó paiste radaithe polaraithe ciorclach (CP) ar an eitleán talún, antenna dipole agus antenna F inbhéartaithe. Tá rectenna banna difreálach bunaithe ar eagar teaglaim DC atá cumraithe le haonaid il-aeróg nó meascán measctha DC agus RF d'aonaid paiste iolracha.
Ós rud é gur antennas aon-minicíochta iad go leor de na haeróga atá beartaithe agus go gcomhlíonann siad ceanglais WPT aon-minicíochta, nuair a bhíonn RFEH ilmhinicíochta comhshaoil á lorg, cuirtear antennas ilmhinicíochta aonair le chéile i rectennas il-bhanda (topology B) le cúpláil frithpháirteach faoi chois agus. teaglaim neamhspleách DC tar éis an chuaird bainistíochta cumhachta chun iad a leithlisiú go hiomlán ón gciorcad fála agus comhshó RF. Éilíonn sé seo ilchiorcaid bhainistíochta cumhachta do gach banna, rud a d'fhéadfadh éifeachtacht an tiontaire treisithe a laghdú toisc go bhfuil cumhacht DC banna aonair íseal.
2. antennas RFEH il-bhanna agus leathanbhanda
Is minic a bhaineann RFEH comhshaoil le fáil il-bhanna; dá bhrí sin, tá éagsúlacht teicnící molta chun bandaleithead na ndearaí caighdeánacha aeróige a fheabhsú agus modhanna chun eagair d'aeróga débhanna nó bhanna a fhoirmiú. San alt seo, déanaimid athbhreithniú ar dhearaí saincheaptha antenna do RFEHanna, chomh maith le antennas il-bhanna clasaiceacha a d'fhéadfaí a úsáid mar rectennas.
Áitíonn antennas monopole tonntreoraithe coplanar (CPW) níos lú achair ná antennas paiste micreastiall ag an minicíocht chéanna agus táirgeann siad tonnta LP nó CP, agus is minic a úsáidtear iad le haghaidh rectennas comhshaoil leathanbhanda. Úsáidtear eitleáin machnaimh chun aonrú a mhéadú agus gnóthachan a fheabhsú, rud a fhágann go bhfuil patrúin radaíochta cosúil le antennas paiste. Úsáidtear antennas tonntreoraithe coplanar sliotán chun bandaleithead impedance a fheabhsú do bhannaí minicíochta iolracha, amhail 1.8–2.7 GHz nó 1–3 GHz. Úsáidtear antennas sliotán a chothaítear cúpláilte agus antennas paiste go coitianta freisin i ndearaí rectenna il-bhanna. Léiríonn Fíor 3 roinnt antennas il-bhanna tuairiscithe a úsáideann níos mó ná teicníc feabhsúcháin bandaleithead amháin.
Fíor 3
Meaitseáil Impedance Antenna-Rectifier
Tá sé dúshlánach aeróg 50Ω a mheaitseáil le coigeartóir neamhlíneach toisc go n-athraíonn a bacainní ionchuir go mór le minicíocht. I dtopeolaíochtaí A agus B (Fíor 2), is é an comhlíonra meaitseála ná meaitseáil LC a úsáideann eilimintí cnapánacha; áfach, is gnách go mbíonn an bandaleithead coibhneasta níos ísle ná an chuid is mó de na bannaí cumarsáide. Úsáidtear comhoiriúnú stub aon-bhanna go coitianta i mbandaí tonn micreathonn agus milliméadar faoi bhun 6 GHz, agus tá bandaleithead caol ó dhúchas ag na rectennas tonn milliméadair tuairiscithe toisc go bhfuil a bandaleithead PCE buailte ag forchur armónach aschuir, rud a fhágann go bhfuil siad oiriúnach go háirithe le haghaidh aon-. feidhmchláir WPT banna sa bhanda neamhcheadúnaithe 24 GHz.
Tá líonraí meaitseála níos casta ag na rectennas i dtoipeolaíochtaí C agus D. Tá líonraí meaitseála líne lándáilte molta do mheaitseáil leathanbhanda, le ciorcad gearr bloc RF/DC (pas-scagaire) ag an bport aschuir nó toilleoir blocála DC mar chonair fillte don dé-óid armónach. Is féidir toilleoirí idirdhigiteacha boird chiorcaid phriontáilte (PCB) a chur in ionad na gcomhpháirteanna ceartaitheora, a dhéantar a shintéisiú ag baint úsáide as uirlisí uathoibrithe dearadh leictreonacha tráchtála. Comhcheanglaíonn líonraí meaitseála leathanbhanda eile tuairiscithe eilimintí cnapacha chun meaitseáil le minicíochtaí níos ísle agus eilimintí dáilte chun RF gearr a chruthú ag an ionchur.
Baineadh úsáid as an mbacainn ionchuir a bhreathnaíonn an t-ualach trí fhoinse a athrú (ar a dtugtar an teicníc foinse-tarraingthe) chun ceartaitheoir leathanbhanda a dhearadh le bandaleithead coibhneasta 57% (1.25–2.25 GHz) agus 10% níos airde PCE i gcomparáid le ciorcaid chnaptha nó dáilte. . Cé go ndeartar líonraí meaitseála de ghnáth chun antennas a mheaitseáil thar an bandaleithead 50Ω ar fad, tá tuairiscí sa litríocht ina bhfuil antennas leathanbhanda ceangailte le coigeartóirí caolbhanda.
Baineadh úsáid go forleathan as líonraí meaitseála eiliminte cnapánacha hibrideacha agus dáilte-eiliminte i dtopeolaíochtaí C agus D, agus is iad ionduchtóirí agus toilleoirí sraithe na heilimintí cnapánacha is coitianta a úsáidtear. Seachnaíonn siad seo struchtúir chasta cosúil le toilleoirí idirdigiteacha, a éilíonn samhaltú agus monarú níos cruinne ná línte caighdeánacha micreastiall.
Bíonn tionchar ag an gcumhacht ionchuir chuig an ceartaitheoir ar an gcosc ionchuir mar gheall ar neamhlíneacht an dé-óid. Dá bhrí sin, tá an rectenna deartha chun an CTP a uasmhéadú le haghaidh leibhéal cumhachta ionchuir ar leith agus impedance ualaigh. Ós rud é gur ard-impedance capacitive iad dé-óid go príomha ag minicíochtaí faoi 3 GHz, díríodh rectennas leathanbhanda a scriosann líonraí meaitseála nó a íoslaghdaíonn ciorcaid meaitseála simplithe ar mhinicíochtaí Prf> 0 dBm agus os cionn 1 GHz, toisc go bhfuil impedance capacitive íseal ag na dé-óidí agus is féidir iad a mheaitseáil go maith. chuig an aeróg, rud a sheachnaíonn dearadh antennas le imoibrithe ionchuir >1,000Ω.
Tá comhoiriúnú bacainní oiriúnaitheach nó in-athchumraithe le feiscint i rectennas CMOS, áit a bhfuil an líonra meaitseála comhdhéanta de bhainc toilleora ar-sliseanna agus ionduchtóirí. Tá líonraí meaitseála CMOS statacha molta freisin le haghaidh aeróg chaighdeánach 50Ω chomh maith le haintéiní lúb comhdheartha. Tuairiscíodh go n-úsáidtear brathadóirí cumhachta CMOS éighníomhacha chun lasca a rialú a dhírigh aschur an antenna chuig coigeartóirí éagsúla agus líonraí meaitseála ag brath ar an gcumhacht atá ar fáil. Tá líonra meaitseála in-athchumraithe molta ag baint úsáide as toilleoirí cnapánacha tunable, arna thiúnadh trí mhionchoigeartú agus an bacainn ionchuir á thomhas ag baint úsáide as anailísí líonra veicteora. I líonraí meaitseála micreastiall in-athchumraithe, baineadh úsáid as lasca trasraitheora éifeacht allamuigh chun na stocaí meaitseála a choigeartú chun tréithe débhanda a bhaint amach.
Chun tuilleadh a fhoghlaim faoi antennas, tabhair cuairt le do thoil:
Am poist: Lúnasa-09-2024
