1.Hoʻolauna
Ua hoihoi nui ka radio frequency (RF) 'ohi ikehu (RFEH) a me radiative wireless power transfer (WPT) ma ke 'ano o ka ho'okō 'ana i nā pūnaewele uwea 'ole. ʻO Rectennas ka pōhaku kihi o nā ʻōnaehana WPT a me RFEH a he hopena koʻikoʻi i ka mana DC i hāʻawi ʻia i ka ukana. Hoʻopili pololei nā mea antenna o ka rectenna i ka maikaʻi o ka hōʻiliʻili ʻana, hiki ke hoʻololi i ka mana ohi ʻia e kekahi mau kauoha o ka nui. Hōʻike 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 antenna hoʻoponopono i ka bandwidth impedance a me nā ʻano radiation o ka antenna. No kēlā me kēia koho, hoʻoholo a loiloi ʻia ke kiʻi o ka pono (FoM) no nā noi like ʻole.
Ua noi ʻia ʻo WPT e Tesla i ka hoʻomaka ʻana o ke kenekulia 20 ma ke ʻano he ala e hoʻouna ai i nā tausani o ka horsepower. ʻO ka huaʻōlelo rectenna, e wehewehe ana i kahi antenna e pili ana i kahi hoʻoponopono e hōʻiliʻili i ka mana RF, ua puka mai i ka makahiki 1950 no nā noi hoʻouna mana microwave space a me ka mana o nā drones autonomous. ʻO Omnidirectional, lōʻihi WPT kaohi ʻia e nā waiwai kino o ka mea hoʻolaha (ea). No laila, ua kaupalena ʻia ka WPT pāʻoihana i ka hoʻololi ʻana i ka mana non-radiative kokoke no ka hoʻouka uila uila uila a i ʻole RFID.
Ke hoʻomau nei ka emi ʻana o ka hoʻohana ʻana i ka mana o nā mea semiconductor a me nā node sensor uila, hiki ke maʻalahi i nā nodes sensor mana me ka hoʻohana ʻana i ka RFEH ambient a i ʻole ka hoʻohana ʻana i nā transmitters omnidirectional haʻahaʻa haʻahaʻa. ʻO nā ʻōnaehana uila uila haʻahaʻa-haʻahaʻa ka mea maʻamau i ka loaʻa mua ʻana o RF, mana DC a me ka hoʻokele hoʻomanaʻo, a me kahi microprocessor haʻahaʻa a me ka transceiver.
Hōʻike ka Figure 1 i ka hoʻolālā ʻana o kahi node uea ʻole RFEH a me nā hoʻokō mua RF i hōʻike pinepine ʻia. ʻO ka hopena hope loa o ka ʻōnaehana uila uila a me ka hoʻolālā ʻana o ka ʻike uila i hoʻonohonoho ʻia a me ka ʻoihana hoʻoili mana e pili ana i ka hana o kēlā me kēia ʻāpana, e like me nā antennas, rectifiers, a me nā kaapuni hoʻokele mana. Ua mālama ʻia kekahi mau noiʻi palapala no nā ʻāpana like ʻole o ka ʻōnaehana. Hōʻuluʻulu ka Papa 1 i ka pae hoʻololi mana, nā ʻāpana koʻikoʻi no ka hoʻololi ʻana i ka 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.
Helu 1
Eia nō naʻe, ʻaʻole i manaʻo ʻia ka hoʻolālā antenna he mea koʻikoʻi ma RFEH. ʻOiai e noʻonoʻo ana kekahi mau palapala i ka bandwidth antenna a me ka maikaʻi mai kahi hiʻohiʻona holoʻokoʻa a i ʻole mai kahi hiʻohiʻona hoʻolālā antenna kikoʻī, e like me nā antenna miniaturized a i ʻole hiki ke hoʻohana ʻia, ʻaʻole ʻike kikoʻī ʻia ka hopena o kekahi mau ʻāpana antenna i ka loaʻa ʻana o ka mana a me ka hoʻololi ʻana.
Hōʻike kēia pepa i nā ʻenehana hoʻolālā antenna ma rectennas me ka pahuhopu o ka hoʻokaʻawale ʻana i ka RFEH a me WPT i nā pilikia hoʻolālā antenna kikoʻī mai ka hoʻolālā antenna kamaʻilio maʻamau. Hoʻohālikelike ʻia nā Antenna mai ʻelua mau hiʻohiʻona: hoʻohālikelike impedance hopena a me nā hiʻohiʻona radiation; i kēlā me kēia hihia, ʻike ʻia ka FoM a nānā ʻia i nā antennas kiʻekiʻe (SoA).
2. Bandwidth a me ka hoʻohālikelike: Non-50Ω RF Networks
ʻO ka impedance hiʻohiʻona o 50Ω kahi noʻonoʻo mua o ka ʻae ʻana ma waena o ka attenuation a me ka mana i nā noi ʻenehana microwave. I nā antennas, ua wehewehe ʻia ka bandwidth impedance e like me ke alapine o ka mana i hōʻike ʻia ma lalo o 10% (S11< - 10 dB). No ka mea, ua hoʻolālā pinepine ʻia nā mea hoʻonui haʻahaʻa haʻahaʻa (LNA), nā mana amplifiers, a me nā mea ʻike me kahi pāʻani impedance hoʻokomo 50Ω, ua kuhikuhi ʻia kahi kumu 50Ω.
I loko o kahi rectenna, hāʻawi pololei ʻia ka puka o ka antenna i ka rectifier, a ʻo ka nonlinearity o ka diode ke kumu o ka hoʻololi nui ʻana i ka impedance hoʻokomo, me ka ʻāpana capacitive e noho aliʻi ana. Ke manaʻo nei he antenna 50Ω, ʻo ka luʻu nui ka hoʻolālā ʻana i kahi ʻoihana hoʻohālikelike RF hou e hoʻololi i ka impedance komo i ka impedance o ka rectifier ma ke alapine o ka hoihoi a hoʻopaʻa iā ia no kahi pae mana kūikawā. I kēia hihia, koi ʻia ka bandwidth impedance i ka hopena e hōʻoia i ka hoʻololi ʻana o RF i DC. No laila, ʻoiai hiki i nā antenna ke hoʻokō i ka bandwidth theoretically infinite a i ʻole ultra-wide bandwidth me ka hoʻohana ʻana i nā mea manawa a i ʻole geometry hoʻohui ponoʻī, e hoʻopili ʻia ka bandwidth o ka rectenna e ka rectifier matching network.
Ua manaʻo ʻia kekahi mau topologies rectenna e hoʻokō i ka hōʻiliʻili hoʻokahi-band a i ʻole WPT ma o ka hōʻemi ʻana i ka noʻonoʻo ʻana a me ka hoʻonui ʻana i ka mana ma waena o ka antenna a me ka rectifier. Hōʻike ka Figure 2 i nā hale o nā topologies rectenna i hōʻike ʻia, i hoʻokaʻawale ʻia e kā lākou hoʻolālā hoʻohālikelike impedance. Hōʻike ka papa 2 i nā hiʻohiʻona o nā rectennas hana kiʻekiʻe e pili ana i ka bandwidth end-to-end (ma kēia hihia, FoM) no kēlā me kēia māhele.
Kiʻi 2 Rectenna topologies mai ka hiʻohiʻona o ka bandwidth a me ka hoʻohālikelike impedance. (a) Hoʻokahi-band rectenna me ka antenna maʻamau. (b) Multiband rectenna (i haku ʻia me nā antenna i hoʻohui ʻia) me hoʻokahi mea hoʻoponopono a me ka pūnaewele pili i kēlā me kēia hui. (c) Broadband rectenna me nā awa RF he nui a me nā pūnaewele hoʻohālikelike like ʻole no kēlā me kēia hui. (d) Broadband rectenna me ka broadband antenna a me ka broadband matching network. (e) Hoʻokahi-band rectenna me ka hoʻohana ʻana i nā antenna liʻiliʻi liʻiliʻi e pili pono ana i ka mea hoʻoponopono. (f) Hoʻokahi-band, uila nui antenna me ka paʻakikī impedance e hui pū me ka mea hoʻoponopono. (g) Broadband rectenna me ka impedance paʻakikī e hui pū me ka mea hoʻoponopono ma luna o nā ʻano alapine.
ʻOiai ʻo WPT a me RFEH ambient mai ka hānai i hoʻolaʻa ʻia he mau noi rectenna ʻokoʻa, ʻo ka hoʻokō ʻana i ka hoʻohālikelike ʻana i 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 hiʻohiʻona bandwidth. Eia nō naʻe, ʻoi aku ka manaʻo o nā WPT rectennas i ka loaʻa ʻana o ka mea hoʻohālikelike kiʻekiʻe kiʻekiʻe (lalo S11) e hoʻomaikaʻi ai i ka PCE pākahi pākahi ma kekahi mau pae mana (topologies a, e a me f). Hoʻonui ka bandwidth ākea o ka hui WPT hoʻokahi i ka pale ʻana o ka ʻōnaehana i ka detuning, hana hewa a me nā parasitic packaging. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka RFEH rectennas ka mea mua i ka hana multi-band a pili i nā topologies bd a me g, ʻoiai ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka mana spectral density (PSD) o kahi hui hoʻokahi.
3. Rectangular antenna hoʻolālā
1. Hoʻokahi-frequency rectenna
Hoʻokumu nui ʻia ka hoʻolālā antenna o ka rectenna hoʻokahi-frequency (topology A) i ka hoʻolālā antenna maʻamau, e like me ka linear polarization (LP) a i ʻole circular polarization (CP) radiating patch ma ka mokulele honua, dipole antenna a me ka inverted F antenna. Hoʻokumu ʻia ka rectenna band ʻokoʻa i ka hui hui DC i hoʻonohonoho ʻia me nā ʻāpana antenna lehulehu a i ʻole hui pū ʻia DC a me RF o nā ʻāpana patch lehulehu.
No ka mea ʻo ka nui o nā antenna i manaʻo ʻia he mau antenna hoʻokahi a hoʻokō i nā koi o ka WPT pākahi, i ka wā e ʻimi ana i ka RFEH multi-frequency kaiapuni, ua hui pū ʻia nā antenna hoʻokahi-nui i loko o nā rectennas multi-band (topology B) me ka hoʻopaʻa ʻana i ka hui pū ʻana. hui kūʻokoʻa DC ma hope o ke kaapuni hoʻokele mana e hoʻokaʻawale loa iā lākou mai ka loaʻa ʻana o RF a me ka hoʻololi ʻana. Pono kēia i nā kaapuni hoʻokele mana he nui no kēlā me kēia hui, hiki ke hōʻemi i ka pono o ka mea hoʻololi hoʻoikaika no ka mea haʻahaʻa ka mana DC o kahi hui hoʻokahi.
2. Nā antenna RFEH multi-band a broadband
Hoʻopili pinepine ʻia ka RFEH kaiapuni me ka loaʻa ʻana o nā hui lehulehu; no laila, ua manaʻo 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 hana ʻana i nā ʻāpana antenna pālua a i ʻole. Ma kēia ʻāpana, nānā mākou i nā hoʻolālā antenna maʻamau no RFEH, a me nā antennas multi-band maʻamau me ka hiki ke hoʻohana ʻia e like me rectennas.
Noho ʻo Coplanar waveguide (CPW) monopole antennas i ka liʻiliʻi ma mua o ka microstrip patch antennas 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 noʻonoʻo e hoʻonui i ka noho kaʻawale a hoʻomaikaʻi i ka loaʻa, e hopena i nā ʻano radiation e like me nā antenna patch. Hoʻohana ʻia nā antenna waveguide slotted coplanar no ka hoʻomaikaʻi ʻana i nā bandwidth impedance no nā kaha alapine he nui, e like me 1.8-2.7 GHz a i ʻole 1-3 GHz. Hoʻohana pinepine ʻia nā antenna slot hoʻohui ʻia a me nā antenna patch i nā hoʻolālā rectenna multi-band. Hōʻike ka Figure 3 i kekahi mau antenna multi-band i hōʻike ʻia e hoʻohana i nā ʻenehana hoʻomaikaʻi bandwidth ʻoi aku ma mua o hoʻokahi.
Helu 3
Antenna-Rectifier Impedance Matching
He mea paʻakikī ka hoʻohālikelike ʻana i kahi antenna 50Ω i kahi hoʻoponopono nonlinear no ka mea ʻokoʻa loa kona impedance komo me ka pinepine. Ma nā topologies A a me B (Figure 2), ʻo ka pūnaewele hoʻohālikelike maʻamau he pāʻani LC me ka hoʻohana ʻana i nā mea puʻupuʻu; akā naʻe, ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka bandwidth pili ma mua o ka hapa nui o nā pūna kamaʻilio. Hoʻohana maʻamau ʻia ka hoʻohālikelike ʻana i ka pahu hoʻokahi i ka microwave a me ka millimeter-wave bands ma lalo o 6 GHz, a ʻo nā rectennas hawewe millimeter i hōʻike ʻia he bandwidth haiki maoli no ka mea ua hoʻopili ʻia ko lākou PCE bandwidth e ka hoʻopau ʻana i ka harmonic output, kahi i kūpono loa ia no ka hoʻokahi- nā noi WPT ma ka 24 GHz i laikini ʻole ʻia.
ʻO nā rectennas i nā topologies C a me D i ʻoi aku ka paʻakikī o nā pūnaewele pili. Ua manaʻo ʻia nā ʻupena hoʻohālikelike laina piha no ka hoʻohālikelike ʻana i ka broadband, me kahi RF block/DC short circuit (pass filter) ma ke awa puka a i ʻole ka DC blocking capacitor ma ke ʻano he ala hoʻi no nā harmonics diode. Hiki ke pani ʻia nā ʻāpana hoʻoponopono e nā capacitors interdigitated board circuit board (PCB), i hoʻohui ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā mea hana automation hoʻolālā uila. ʻO nā ʻoihana like ʻole broadband rectenna i hōʻike ʻia e hui pū i nā mea i hoʻohui ʻia no ka hoʻohālikelike ʻana i nā alapine haʻahaʻa a me nā mea hoʻokaʻawale no ka hoʻokumu ʻana i kahi pōkole RF ma ka hoʻokomo.
ʻO ka hoʻololi ʻana i ka impedance komo i ʻike ʻia e ka ukana ma o kahi kumu (i ʻike ʻia ʻo ke kumu huki kumu) ua hoʻohana ʻia e hoʻolālā i kahi hoʻoponopono broadband me 57% bandwidth pili (1.25-2.25 GHz) a me 10% kiʻekiʻe PCE i hoʻohālikelike ʻia me nā kaʻa kaʻa a puʻunaue ʻia. . ʻOiai ua hoʻolālā pinepine ʻia nā ʻoihana pili e hoʻohālikelike i nā antenna ma luna o ka bandwidth 50Ω holoʻokoʻa, aia nā hōʻike i loko o ka puke kahi i hoʻopili ʻia ai nā antenna broadband i nā mea hoʻoponopono liʻiliʻi.
Ua hoʻohana nui ʻia nā ʻenehana hoʻohālikelike ʻia ʻo Hybrid lumped-element a me distributed-element ma nā topologies C a me D, me nā inductors series a me nā capacitors ka mea maʻamau i hoʻohana ʻia. Hōʻalo kēia i nā hale paʻakikī e like me nā capacitors interdigitated, e koi ana i ka hoʻohālikelike pololei a me ka hana ʻana ma mua o nā laina microstrip maʻamau.
Hoʻopili ka mana hoʻokomo i ka mea hoʻoponopono 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 hoʻouka impedance. No ka mea he capacitive kiʻekiʻe impedance nui nā diodes i nā alapine ma lalo o 3 GHz, ʻo nā broadband rectennas e hoʻopau ana i nā ʻoihana pili a i ʻole e hōʻemi i nā kaapuni like maʻalahi ua kālele ʻia i nā alapine Prf>0 dBm a ma luna o 1 GHz, no ka mea he haʻahaʻa haʻahaʻa nā diodes a hiki ke hoʻohālikelike ʻia. i ka antenna, no laila e pale aku i ka hoʻolālā ʻana o nā antennas me nā reactances komo> 1,000Ω.
Ua ʻike ʻia ka hoʻohālikelike ʻana a i ʻole ka hoʻololi hou ʻana i ka impedance i ka CMOS rectennas, kahi i loaʻa ai ka ʻoihana pili i nā waihona capacitor on-chip a me nā inductors. Ua manaʻo ʻia nā ʻupena hoʻohālikelike ʻo Static CMOS no nā antenna 50Ω maʻamau a me nā antenna loop i hoʻolālā ʻia. Ua hōʻike ʻia ua hoʻohana ʻia nā mea ʻike mana CMOS passive e hoʻokele i nā hoʻololi e kuhikuhi ana i ka hoʻopuka ʻana o ka antenna i nā mea hoʻoponopono like ʻole a me nā pūnaewele pili e pili ana i ka mana i loaʻa. Ua noi ʻia kahi pūnaewele hoʻohālikelike hou e hoʻohana ana i nā capacitors tunable lumped, i hoʻopaʻa ʻia e ka hoʻoponopono maikaʻi ʻana i ke ana ʻana i ka impedance hoʻokomo me ka hoʻohana ʻana i kahi mea nānā pūnaewele vector. Ma nā pūnaewele hoʻohālikelike microstrip hiki ke hoʻololi hou ʻia, ua hoʻohana ʻia nā hoʻololi transistor hopena kahua e hoʻoponopono i nā stubs e hoʻokō i nā hiʻohiʻona pālua.
No ka ʻike hou aku e pili ana i nā antenna, e kipa:
Ka manawa hoʻouna: ʻAukake-09-2024
