1. Hoʻolauna
Ua huki nui ʻia ka hoihoi i ka hōʻiliʻili ikehu alapine (RF) (RFEH) a me ka hoʻoili mana uea ʻole radiative (WPT) ma ke ʻano he mau ʻano hana e hoʻokō ai i nā pūnaewele uea ʻole hoʻomau me ka ʻole o ka pila. ʻO nā Rectennas ke kihi o nā ʻōnaehana WPT a me RFEH a he hopena koʻikoʻi ko lākou i ka mana DC i hāʻawi ʻia i ka ukana. Hoʻopilikia pololei nā mea antenna o ka rectenna i ka pono o ka hōʻiliʻili ʻana, hiki ke hoʻololi i ka mana i hōʻiliʻili ʻia e kekahi mau kauoha o ka nui. Nānā kēia pepa i nā hoʻolālā antenna i hoʻohana ʻia ma WPT a me nā noi RFEH ambient. Hoʻokaʻawale ʻia nā rectennas i hōʻike ʻia e like me ʻelua mau kumu nui: ka bandwidth impedance hoʻoponopono antenna a me nā ʻano radiation o ka antenna. No kēlā me kēia kumu, ua hoʻoholo ʻia a nānā hou ʻia ka helu o ka pono (FoM) no nā noi like ʻole.
Ua hāpai ʻia ʻo WPT e Tesla i ka hoʻomaka ʻana o ke kenekulia 20 ma ke ʻano he ʻano hana e hoʻouna ai i nā tausani o ka horsepower. ʻO ka huaʻōlelo rectenna, e wehewehe ana i kahi antenna i hoʻopili ʻia i kahi rectifier e hōʻiliʻili i ka mana RF, ua puka mai i nā makahiki 1950 no nā noi hoʻoili mana microwave ākea a no ka hoʻoikaika ʻana i nā drones autonomous. Ua kaupalena ʻia ka WPT omnidirectional, long-range e nā waiwai kino o ka medium propagation (ea). No laila, ua kaupalena nui ʻia ka WPT kalepa i ka hoʻoili mana non-radiative kokoke i ke kahua no ka hoʻouka uila mea kūʻai aku uea ʻole a i ʻole RFID.
I ka hoʻomau ʻana o ka emi ʻana o ka hoʻohana ʻana i ka mana o nā mea semiconductor a me nā kikowaena sensor uea ʻole, ua lilo ia i mea hiki ke hoʻohana i ka mana o nā kikowaena sensor me ka hoʻohana ʻana i ka RFEH ambient a i ʻole ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻoili omnidirectional mana haʻahaʻa i hoʻolaha ʻia. ʻO nā ʻōnaehana mana uea ʻole Ultra-low-power ka mea maʻamau i kahi ʻaoʻao mua loaʻa RF, ka mana DC a me ka hoʻokele hoʻomanaʻo, a me kahi microprocessor a me ka transceiver mana haʻahaʻa.
Hōʻike ka Kiʻi 1 i ke ʻano o kahi kikowaena uea ʻole RFEH a me nā hoʻokō mua RF i hōʻike pinepine ʻia. ʻO ka pono o ka ʻōnaehana mana uea ʻole a me ke ʻano o ka pūnaewele ʻike uea ʻole i hoʻonohonoho ʻia a me ka hoʻoili mana e pili ana i ka hana o nā ʻāpana pākahi, e like me nā antennas, rectifiers, a me nā kaapuni hoʻokele mana. Ua hana ʻia kekahi mau noiʻi palapala no nā ʻāpana like ʻole o ka ʻōnaehana. Hōʻuluʻulu ka Papa 1 i ke kahua hoʻololi mana, nā ʻāpana koʻikoʻi no ka hoʻololi mana kūpono, a me nā noiʻi palapala pili no kēlā me kēia ʻāpana. Ke kālele nei nā palapala hou i ka ʻenehana hoʻololi mana, nā topologies rectifier, a i ʻole RFEH ʻike pūnaewele.
Kiʻi 1
Eia nō naʻe, ʻaʻole i manaʻo ʻia ka hoʻolālā antenna he ʻāpana koʻikoʻi i ka RFEH. ʻOiai kekahi mau palapala e noʻonoʻo ana i ka bandwidth antenna a me ka pono mai kahi kuanaʻike holoʻokoʻa a i ʻole mai kahi kuanaʻike hoʻolālā antenna kikoʻī, e like me nā antennas miniaturized a hiki ke hoʻohana ʻia, ʻaʻole i kālailai ʻia ka hopena o kekahi mau palena antenna ma ka loaʻa ʻana o ka mana a me ka pono o ka hoʻololi ʻana.
Hōʻike kēia pepa i nā ʻano hana hoʻolālā antenna i loko o nā rectennas me ka pahuhopu o ka hoʻokaʻawale ʻana i nā pilikia hoʻolālā antenna kikoʻī ʻo RFEH a me WPT mai ka hoʻolālā antenna kamaʻilio maʻamau. Hoʻohālikelike ʻia nā antennas mai nā manaʻo ʻelua: ka hoʻohālikelike impedance end-to-end a me nā ʻano radiation; i kēlā me kēia hihia, ʻike ʻia a loiloi ʻia ka FoM i nā antennas state-of-the-art (SoA).
2. Bandwidth a me ke kūlike ʻana: Nā Pūnaewele RF ʻAʻole 50Ω
ʻO ke ʻano o ka impedance o 50Ω kahi noʻonoʻo mua o ka hoʻohālikelike ma waena o ka attenuation a me ka mana i nā noi ʻenekinia microwave. I loko o nā antennas, ua wehewehe ʻia ka bandwidth impedance ʻo ia ka laulā alapine kahi i emi ai ka mana i hōʻike ʻia ma mua o 10% (S11< − 10 dB). ʻOiai ʻo nā amplifiers walaʻau haʻahaʻa (LNAs), nā amplifiers mana, a me nā mea ʻike i hoʻolālā pinepine ʻia me kahi kūlike impedance hoʻokomo 50Ω, ua kuhikuhi maʻamau ʻia kahi kumu 50Ω.
I loko o kahi rectenna, ua hānai pololei ʻia ka hoʻopuka o ka antenna i loko o ka rectifier, a ʻo ka nonlinearity o ka diode ke kumu o kahi ʻokoʻa nui i ka impedance input, me ka ʻāpana capacitive e noho aliʻi ana. Ke manaʻo nei he antenna 50Ω, ʻo ka pilikia nui ka hoʻolālā ʻana i kahi pūnaewele hoʻohālikelike RF hou e hoʻololi i ka impedance input i ka impedance o ka rectifier ma ke alapine o ka hoihoi a hoʻonui iā ia no kahi pae mana kikoʻī. I kēia hihia, pono ka bandwidth impedance end-to-end e hōʻoia i ka hoʻololi RF i DC maikaʻi. No laila, ʻoiai hiki i nā antennas ke hoʻokō i ka bandwidth infinite a ultra-wide paha me ka hoʻohana ʻana i nā mea periodic a i ʻole ke geometry hoʻopihapiha ponoʻī, e hoʻopilikia ʻia ka bandwidth o ka rectenna e ka pūnaewele hoʻohālikelike rectifier.
Ua hāpai ʻia kekahi mau topologies rectenna e hoʻokō i ka hōʻiliʻili single-band a me multi-band a i ʻole WPT ma ka hoʻēmi ʻana i nā reflections a me ka hoʻonui ʻana i ka hoʻoili mana ma waena o ka antenna a me ka rectifier. Hōʻike ka Kiʻi 2 i nā ʻano o nā topologies rectenna i hōʻike ʻia, i hoʻokaʻawale ʻia e kā lākou hoʻolālā impedance matching. Hōʻike ka Papa 2 i nā hiʻohiʻona o nā rectennas hana kiʻekiʻe e pili ana i ka bandwidth end-to-end (i kēia hihia, FoM) no kēlā me kēia mahele.
Kiʻi 2 Nā topologies Rectenna mai ka manaʻo o ka bandwidth a me ka impedance matching. (a) Rectenna hui hoʻokahi me ka antenna maʻamau. (b) Rectenna multiband (i haku ʻia me nā antennas i hoʻopili ʻia kekahi i kekahi) me hoʻokahi rectifier a me ka pūnaewele kūlike no kēlā me kēia hui. (c) Rectenna Broadband me nā awa RF he nui a me nā pūnaewele kūlike kaʻawale no kēlā me kēia hui. (d) Rectenna Broadband me ka antenna broadband a me ka pūnaewele kūlike broadband. (e) Rectenna hui hoʻokahi e hoʻohana ana i ka antenna liʻiliʻi uila i hoʻohālikelike pololei ʻia i ka rectifier. (f) Antenna hui hoʻokahi, nui uila me ka impedance paʻakikī e hoʻohui me ka rectifier. (g) Rectenna Broadband me ka impedance paʻakikī e hoʻohui me ka rectifier ma luna o kahi ākea o nā alapine.
ʻOiai ʻo WPT a me ka ambient RFEH mai ka hānai i hoʻolaʻa ʻia he mau noi rectenna like ʻole, ʻo ka hoʻokō ʻana i ka hoʻohālikelike ʻana o ka hopena a i ka hopena ma waena o ka antenna, rectifier a me ka ukana he mea nui ia e hoʻokō ai i ka pono hoʻololi mana kiʻekiʻe (PCE) mai kahi kuanaʻike bandwidth. Eia nō naʻe, ʻoi aku ka nānā ʻana o nā rectennas WPT i ka hoʻokō ʻana i ka hoʻohālikelike kumu kiʻekiʻe (S11 haʻahaʻa) e hoʻomaikaʻi i ka PCE single-band ma kekahi mau pae mana (topologies a, e a me f). Hoʻomaikaʻi ka bandwidth ākea o ka single-band WPT i ka pale ʻana o ka ʻōnaehana i ka detuning, nā hemahema hana a me nā parasitics packaging. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, hoʻoikaika nā rectennas RFEH i ka hana multi-band a pili i nā topologies bd a me g, ʻoiai ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka density spectral power (PSD) o kahi hui hoʻokahi.
3. Hoʻolālā antenna huinahā
1. Rectenna alapine hoʻokahi
ʻO ka hoʻolālā antenna o ka rectenna alapine hoʻokahi (topology A) e pili nui ana i ka hoʻolālā antenna maʻamau, e like me ka polarization linear (LP) a i ʻole ka polarization circular (CP) e hoʻomālamalama ana i ka ʻāpana ma ka mokulele honua, ka antenna dipole a me ka antenna F i hoʻohuli ʻia. Hoʻokumu ʻia ka rectenna band differential ma ka hui pū ʻana o DC i hoʻonohonoho ʻia me nā ʻāpana antenna he nui a i ʻole ka hui pū ʻana o DC a me RF o nā ʻāpana patch he nui.
ʻOiai he nui nā antenna i manaʻo ʻia he mau antenna alapine hoʻokahi a hoʻokō i nā koi o ka WPT alapine hoʻokahi, i ka wā e ʻimi ai i ka RFEH multi-frequency kaiapuni, ua hui pū ʻia nā antenna alapine hoʻokahi he nui i loko o nā rectennas multi-band (topology B) me ka hoʻopau ʻana i ka hoʻopili like ʻana a me ka hui pū ʻana o DC kūʻokoʻa ma hope o ke kaapuni hoʻokele mana e hoʻokaʻawale loa iā lākou mai ke kaapuni loaʻa a me ka hoʻololi ʻana o RF. Pono kēia i nā kaapuni hoʻokele mana he nui no kēlā me kēia hui, kahi e hōʻemi ai i ka pono o ka mea hoʻololi hoʻonui no ka mea ua haʻahaʻa ka mana DC o kahi hui hoʻokahi.
2. Nā antenna RFEH multi-band a me ka broadband
Hoʻopili pinepine ʻia ka RFEH kaiapuni me ka loaʻa ʻana o ka multi-band; no laila, ua hāpai ʻia nā ʻano hana like ʻole no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka bandwidth o nā hoʻolālā antenna maʻamau a me nā ʻano hana no ka hoʻokumu ʻana i nā ʻāpana antenna dual-band a i ʻole band. Ma kēia ʻāpana, nānā mākou i nā hoʻolālā antenna maʻamau no nā RFEH, a me nā antenna multi-band maʻamau me ka hiki ke hoʻohana ʻia e like me nā rectennas.
ʻOi aku ka liʻiliʻi o ka wahi o nā antennas monopole Coplanar waveguide (CPW) ma mua o nā antennas patch microstrip ma ke alapine like a hana i nā nalu LP a i ʻole CP, a hoʻohana pinepine ʻia no nā rectennas kaiapuni broadband. Hoʻohana ʻia nā mokulele reflection e hoʻonui i ka hoʻokaʻawale ʻana a hoʻomaikaʻi i ka loaʻa, e hopena ana i nā ʻano radiation e like me nā antennas patch. Hoʻohana ʻia nā antennas waveguide coplanar slotted e hoʻomaikaʻi i nā bandwidths impedance no nā hui alapine he nui, e like me 1.8–2.7 GHz a i ʻole 1–3 GHz. Hoʻohana pinepine ʻia nā antennas slot coupled-fed a me nā antennas patch i nā hoʻolālā rectenna multi-band. Hōʻike ka Kiʻi 3 i kekahi mau antennas multi-band i hōʻike ʻia e hoʻohana ana i nā ʻenehana hoʻomaikaʻi bandwidth ma mua o hoʻokahi.
Kiʻi 3
Hoʻohālikelike ʻana o ka Antenna-Rectifier Impedance
He mea paʻakikī ke hoʻohālikelike ʻana i kahi antenna 50Ω i kahi rectifier nonlinear no ka mea ʻokoʻa loa kona impedance input me ke alapine (frequency). Ma nā topologies A a me B (Kiʻi 2), ʻo ka pūnaewele hoʻohālikelike maʻamau he hoʻohālikelike LC e hoʻohana ana i nā mea lumped; akā naʻe, ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka bandwidth pili ma mua o ka hapa nui o nā hui kamaʻilio. Hoʻohana pinepine ʻia ka hoʻohālikelike stub single-band i nā microwave a me nā millimeter-wave band ma lalo o 6 GHz, a ʻo nā millimeter-wave rectennas i hōʻike ʻia he bandwidth haiki maoli no ka mea ua bottlenecked kā lākou bandwidth PCE e ka output harmonic suppression, kahi e kūpono ai lākou no nā noi WPT single-band ma ka 24 GHz unlicensed band.
ʻOi aku ka paʻakikī o nā pūnaewele hoʻohālikelike o nā rectennas i nā topologies C a me D. Ua hāpai ʻia nā pūnaewele hoʻohālikelike laina piha i hoʻolaha ʻia no ka hoʻohālikelike broadband, me kahi poloka RF/DC pōkole (pass filter) ma ke awa hoʻopuka a i ʻole kahi capacitor pale DC ma ke ʻano he ala hoʻihoʻi no nā diode harmonics. Hiki ke pani ʻia nā ʻāpana rectifier e nā capacitors interdigitated papa kaapuni paʻi (PCB), i hoʻohui ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā mea hana automation hoʻolālā uila kalepa. Hoʻohui nā pūnaewele hoʻohālikelike rectenna broadband ʻē aʻe i hōʻike ʻia i nā mea lumped no ka hoʻohālikelike ʻana i nā alapine haʻahaʻa a me nā mea i hoʻolaha ʻia no ka hana ʻana i kahi pōkole RF ma ka hoʻokomo.
Ua hoʻohana ʻia ka hoʻololi ʻana i ka impedance hoʻokomo i ʻike ʻia e ka ukana ma o kahi kumu (i ʻike ʻia ʻo ke ʻano hana huki kumu) e hoʻolālā i kahi rectifier broadband me 57% bandwidth pili (1.25–2.25 GHz) a me 10% PCE kiʻekiʻe aʻe i hoʻohālikelike ʻia me nā kaapuni lumped a i ʻole i hoʻolaha ʻia. ʻOiai ua hoʻolālā pinepine ʻia nā pūnaewele hoʻohālikelike e hoʻohālikelike i nā antennas ma luna o ka bandwidth 50Ω holoʻokoʻa, aia nā hōʻike ma nā palapala kahi i hoʻopili ʻia ai nā antennas broadband i nā rectifiers narrowband.
Ua hoʻohana nui ʻia nā pūnaewele hoʻohālikelike hybrid lumped-element a me distributed-element i nā topologies C a me D, me nā inductors series a me nā capacitors nā mea lumped i hoʻohana pinepine ʻia. Hōʻalo kēia i nā ʻano paʻakikī e like me nā capacitors interdigitated, e koi ana i ka hoʻohālike pololei a me ka hana ʻana ma mua o nā laina microstrip maʻamau.
Hoʻopilikia ka mana hoʻokomo i ka rectifier i ka impedance hoʻokomo ma muli o ka nonlinearity o ka diode. No laila, ua hoʻolālā ʻia ka rectenna e hoʻonui i ka PCE no kahi pae mana hoʻokomo kikoʻī a me ka impedance ukana. ʻOiai ʻo nā diodes he impedance kiʻekiʻe capacitive ma nā alapine ma lalo o 3 GHz, ua kālele ʻia nā rectennas broadband e hoʻopau i nā pūnaewele hoʻohālikelike a i ʻole e hoʻemi i nā kaapuni hoʻohālikelike maʻalahi i nā alapine Prf>0 dBm a ma luna o 1 GHz, ʻoiai he haʻahaʻa ka impedance capacitive o nā diodes a hiki ke hoʻohālikelike maikaʻi ʻia i ka antenna, no laila e pale aku ai i ka hoʻolālā ʻana o nā antennas me nā reactances hoʻokomo >1,000Ω.
Ua ʻike ʻia ka hoʻohālikelike impedance adaptive a reconfigurable paha i nā CMOS rectennas, kahi i loaʻa ai ka pūnaewele hoʻohālikelike i nā panakō capacitor ma-chip a me nā inductors. Ua hāpai ʻia hoʻi nā pūnaewele hoʻohālikelike CMOS Static no nā antennas 50Ω maʻamau a me nā antennas loop i hoʻolālā pū ʻia. Ua hōʻike ʻia ua hoʻohana ʻia nā mea ʻike mana CMOS passive e kaohi i nā kuapo e kuhikuhi ana i ka hoʻopuka o ka antenna i nā rectifiers like ʻole a me nā pūnaewele hoʻohālikelike ma muli o ka mana i loaʻa. Ua hāpai ʻia kahi pūnaewele hoʻohālikelike reconfigurable me ka hoʻohana ʻana i nā capacitors tunable lumped, kahi i hoʻonohonoho ʻia e ka hoʻonohonoho maikaʻi ʻana i ke ana ʻana i ka impedance input me ka hoʻohana ʻana i kahi mea kālailai pūnaewele vector. I nā pūnaewele hoʻohālikelike microstrip reconfigurable, ua hoʻohana ʻia nā kuapo transistor hopena kahua e hoʻoponopono i nā stubs hoʻohālikelike e hoʻokō i nā ʻano dual-band.
No ka ʻike hou aku e pili ana i nā antennas, e kipa i ka pūnaewele:
Ka manawa hoʻouna: ʻAukake-09-2024
