1.Whakataki
Ko te hauhake kaha o te reo irirangi (RF) (RFEH) me te whakawhiti hiko ahokore rauropi (WPT) kua aro nui hei huarahi ki te whakatutuki i nga whatunga ahokore tauwhiro kore pākahiko. Ko Rectennas te kokonga o nga punaha WPT me te RFEH me te whai paanga nui ki te mana DC ka tukuna ki te utaina. Ko nga huanga antenna o te rectenna e pa ana ki te kaha o te hauhake, ka rereke te kaha o te hauhake ma te maha o nga ota nui. Ka arotakehia e tenei pepa nga hoahoa antenna e whakamahia ana i roto i nga tono WPT me te RFEH ambient. Ka whakarōpūhia nga rectennas kua ripoatahia ki runga i nga paearu matua e rua: te antenna e whakatika ana i te bandwidth impedance me nga ahuatanga radiation o te antenna. Mo ia paearu, ka whakatauhia te ahua o te kaiaka (FoM) mo nga tono rereke, ka arotakehia kia riterite.
Ko te WPT i whakaarohia e Tesla i te timatanga o te rautau 20 hei tikanga ki te tuku i nga mano tini o te horsepower. Ko te kupu rectenna, e whakaatu ana i te antenna e hono ana ki te kaiwhakatika ki te hauhake i te mana RF, i puta i te tekau tau atu i 1950 mo nga tono tuku hiko ngaruiti mokowhiti me te whakakaha i nga drones motuhake. Ko te WPT ahu-maha, awhe-roa e herea ana e nga ahuatanga a-tinana o te reo whakatö (rangi). Na reira, ko te WPT arumoni he iti noa ki te whakawhiti hiko kore-radiative tata mo te utu hikohiko kaihoko ahokore, RFID ranei.
I te mea kei te heke haere tonu te kohi hiko o nga taputapu semiconductor me nga pona pukoro ahokore, ka kaha ake ki te whakamahi i nga pona pūoko hiko ma te whakamahi i te RFEH ambient, ma te whakamahi ranei i nga kaiwhakawhiti hiko iti-hiko. Ko nga punaha hiko ahokore-iti-iti te nuinga o te waa ko te mutunga o mua o te hoko RF, te mana DC me te whakahaere mahara, me te miihini iti-hiko me te whakawhiti.
Ko te Whakaahua 1 e whakaatu ana i te hoahoanga o te node ahokore RFEH me nga whakatinanatanga o mua-mutunga RF e korerotia ana. Ko te kaha o te mutunga-ki-te-mutunga o te punaha hiko ahokore me te hoahoanga o nga korero ahokore tukutahi me te whatunga whakawhiti hiko e whakawhirinaki ana ki te mahi o nga waahanga takitahi, penei i nga antennas, nga kaiwhakatikatika, me nga waahi whakahaere hiko. He maha nga rangahau tuhinga kua whakahaerehia mo nga waahanga rereke o te punaha. Ko te Ripanga 1 e whakapoto ana i te wahanga huringa hiko, nga waahanga matua mo te huringa hiko pai, me nga rangahau tuhinga e pa ana mo ia wahanga. Ko nga tuhinga tata nei e aro ana ki te hangarau huri hiko, nga topologies whakatika, me te RFEH mohio-whatunga ranei.
Whakaahua 1
Heoi, karekau te hoahoa antenna e kiia he waahanga nui i roto i te RFEH. Ahakoa ka whakaarohia e etahi tuhinga te bandwidth antenna me te kakama mai i te tirohanga whanui, mai i tetahi tirohanga hoahoa antenna motuhake, penei i nga antenna iti, ka mau ranei, kaore i te tātarihia te paanga o etahi tawhā antenna ki te tango hiko me te kaha o te hurihanga.
Ka arotakehia e tenei pepa nga tikanga hoahoa antenna i roto i nga rectennas me te whainga ki te wehewehe i nga wero hoahoa antenna motuhake RFEH me WPT mai i te hoahoa antenna whakawhitiwhiti paerewa. Ka whakatairitehia nga Antenna mai i nga tirohanga e rua: te whakataurite i te herenga mutunga-ki-te-mutunga me nga ahuatanga radiation; i ia wahanga, ka tautuhia, ka arotakehia te FoM i roto i nga antenna o-te-toi (SoA).
2. Aratuku me te Whakariterite: Nga Whatunga RF Kore-50Ω
Ko te kaha o te 50Ω he whakaaro moata mo te taupatupatu i waenga i te whakahekenga me te hiko i roto i nga tono miihini ngaruiti. I roto i nga antennas, ka tautuhia te bandwidth impedance ko te awhe auau kei te iti iho te mana whakaata i te 10% (S11< - 10 dB). I te mea ko nga whakakaha haruru haruru iti (LNAs), whakakaha hiko, me nga kaitirotiro i te nuinga o te waa i hangaia me te 50Ω urunga urunga urunga, he puna 50Ω te korero tuku iho.
I roto i te rectenna, ka whangai tika te putanga o te antenna ki roto i te kaiwhakatika, a na te kore raina o te diode ka nui te rereketanga o te impedance whakauru, me te mana o te waahanga capacitive. Ki te whakaaro he antenna 50Ω, ko te wero nui ko te hoahoa i tetahi atu whatunga RF ōrite ki te huri i te impedance tāuru ki te impedance o te whakatika i te auau o te hiahia me te arotau i te reira mo te taumata mana motuhake. I roto i tenei take, ka hiahiatia te bandwidth impedance mutunga-ki-mutunga ki te whakarite pai RF ki te huri DC. No reira, ahakoa ka taea e nga antenna te whakatutuki i te whanui mutunga kore, te whanui whanui ranei ma te whakamahi i nga huānga o ia wa, i te ahuahanga-whaiaro ranei, ko te bandwidth o te rectenna ka whakapokarekarehia e te kupenga whakatika.
He maha nga topologies rectenna kua whakaarohia hei whakatutuki i te hauhake roopu-kotahi me te roopu-maha, WPT ranei ma te whakaiti i nga whakaata me te whakanui i te whakawhiti hiko i waenga i te antenna me te kaiwhakatika. Ko te Whakaaturanga 2 e whakaatu ana i nga hanganga o nga topologies rectenna kua ripoatahia, kua whakarōpūtia e te hoahoanga orite impedance. Ko te Ripanga 2 e whakaatu ana i nga tauira o nga tapawha mahi teitei e pa ana ki te bandwidth mutunga-ki-mutunga (i tenei keehi, FoM) mo ia waahanga.
Whakaahua 2 Rectenna topologies mai i te tirohanga o te bandwidth me te taurite impedance. (a) Ropu-kotahi rectenna me te antenna paerewa. (b) Ko te tapawha-maha (he maha nga antenna hono tahi) me tetahi kaiwhakatikatika me te kupenga taurite mo ia roopu. (c) Ko te tapawha whaanui me nga tauranga RF maha me nga hononga honohono motuhake mo ia roopu. (d) Ko te tapawha aunui me te antenna aunui me te whatunga taurite aunui. (e) Ropu-kotahi rectenna e whakamahi ana i te antenna iti hiko e hono tika ana ki te kaiwhakatika. (f) Ropu-kotahi, antenna hiko nui me te aukati uaua ki te hono ki te kaiwhakatika. (g) Ko te tapawha whaanui me te arai uaua ki te hono ki te kaiwhakatika i runga i te whānuitanga o nga iarere.
Ahakoa ko te WPT me te RFEH ambient mai i te whangai i whakatapua he rereke nga tono rectenna, ko te whakatutuki i te mutunga-ki-mutunga orite i waenga i te antenna, te whakatika me te uta he mea nui ki te whakatutuki i te pai o te huri hiko teitei (PCE) mai i te tirohanga bandwidth. Heoi, ka aro nui nga WPT rectennas ki te whakatutuki i te taurite o te kounga teitei ake (i raro S11) hei whakapai ake i te PCE roopu-kotahi i etahi taumata hiko (topologies a, e me f). Ko te whanui whanui o te roopu-kotahi WPT ka whakapai ake i te aukati o te punaha ki te whakakore, te hanga koha me te kapi parapara. I tetahi atu taha, ko nga RFEH rectennas te kaupapa matua mo te mahi roopu-maha, ka uru ki nga topologies bd me g, na te mea he iti ake te kiato hiohio hiko (PSD) o te roopu kotahi.
3. Te hoahoa antenna tapawhā
1. Takitahi-auau rectenna
Ko te hoahoa antenna o te kotahi-auau rectenna (topology A) te nuinga i runga i te hoahoa antenna paerewa, penei i te polarization linear (LP) ranei te polarization porohita (CP) radiating patch i runga i te papa rererangi, te antenna dipole me te antenna F hurihuri. Ko te rectenna roopu rereke kei runga i nga huinga huinga DC kua whirihorahia me nga waeine antenna maha, te whakakotahitanga ranei o te DC me te RF o nga wae papaki maha.
I te mea ko te nuinga o nga antennas e whakaarohia ana he antenna kotahi-auau me te whakatutuki i nga whakaritenga o te WPT kotahi-auau, i te wa e rapu ana i te RFEH maha-a-taiao, he maha nga antenna kotahi-auau ka honoa ki roto i nga tapawha-ropu-maha (topology B) me te aukati hononga tahi me te Ko te whakakotahitanga DC motuhake i muri i te mana whakahaere mana ki te wehe i a raatau mai i te whiwhinga RF me te huringa huringa. Me whai iahiko whakahaere hiko maha mo ia roopu, tera pea ka whakaiti i te kaha o te kaitahuri whakanui na te mea he iti te mana DC o te roopu kotahi.
2. Nga antenna RFEH roopu-maha me te aunui
Ko te RFEH taiao e hono ana ki te hoko maha-ropu; no reira, he maha nga tikanga kua whakaarohia mo te whakapai ake i te bandwidth o nga hoahoa antenna paerewa me nga tikanga mo te hanga i nga raupapa antenna-rua, roopu roopu ranei. I tenei waahanga, ka arotakehia e matou nga hoahoa antenna ritenga mo nga RFEH, tae atu ki nga antenna roopu-maha matarohia me te kaha ki te whakamahi hei rectennas.
Ko nga antenna monopole Coplanar (CPW) he iti ake te waahi i nga antenna papaki microstrip i te auau kotahi, ka whakaputa i nga ngaru LP, CP ranei, a he maha nga wa e whakamahia ana mo nga whanui whanui taiao. Ka whakamahia nga rererangi whakaata hei whakanui ake i te wehe me te whakapai ake i te whiwhinga, ka puta mai nga tauira iraruke rite ki nga antenna papaki. Ka whakamahia nga antenna kaiarahi ngaru coplanar mokowhiti hei whakapai ake i nga whaanui impedance mo nga roopu auau maha, penei i te 1.8–2.7 GHz, 1–3 GHz ranei. Ko nga antenna mokamoka hono-whangai me nga antenna papaki ka whakamahia i roto i nga hoahoa rectenna maha-ropu. Ko te Whakaaturanga 3 e whakaatu ana i etahi antenna roopu-maha kua korerohia e whakamahi ana i nga tikanga whakapai ake i te bandwidth.
Whakaahua 3
Antenna-Rectifier Impedance Matching
He uaua te whakaorite i te antenna 50Ω ki te kaiwhakatika ahokore na te mea he rereke te rerekeetanga o tana urunga ki te auau. I roto i nga topologies A me B (Whakaahua 2), ko te kupenga taurite noa he whakataetae LC ma te whakamahi i nga huānga putu; heoi, ko te nuinga o nga wa ka iti ake te whanui i te nuinga o nga roopu korero. Kei te whakamahia te whakaritea stub kotahi i roto i nga roopu ngaruiti me te mirimita-ngaru i raro iho i te 6 GHz, a, ko nga tapahanga ngaru-mirimimita kua kiia he whaitiipurangi whaiti na te mea kua whakakaohia to raatau PCE bandwidth na te aukati i te pai o te whakaputa, e tino pai ana mo te kotahi- te roopu tono WPT i te roopu 24 GHz kore raihana.
Ko nga rectennas i roto i nga topologies C me D he uaua ake nga hononga honohono. Kua toha katoatia nga kupenga taurite raina mo te whakahoahoa aunui, me te ara iahiko poto RF/DC (tatari whakawhiti) i te tauranga whakaputa, he puri aukati DC ranei hei ara hokinga mo nga riipene hiko. Ka taea te whakakapi i nga waahanga whakatika e te papa taiawhio (PCB) nga punga hiko, ka whakahiatotia ma te whakamahi i nga taputapu aunoatanga hoahoa hiko arumoni. Ko etahi atu o nga whatunga whakahiato whaanui whanui kua whakahiatohia nga huānga putu mo te whakarite ki nga iarere iti me nga huānga tohatoha mo te hanga i te RF poto i te whakaurunga.
Ko te whakarereke i te aukati whakauru e kitea ana e te uta i roto i te puna (e mohiotia ana ko te tikanga kume-puna) kua whakamahia ki te hoahoa i te arai arai whanui me te 57% te bandwidth whanaunga (1.25–2.25 GHz) me te 10% teitei ake o te PCE ki te whakatairite ki nga iahiko kua tohatohahia. . Ahakoa ko te nuinga o nga wa ka hangaia nga hononga honohono kia rite ki nga antenna i runga i te 50Ω bandwidth katoa, he purongo kei roto i nga tuhinga kua honoa nga antenna aunui ki nga kaiwhakatikatika.
Ko nga hononga honohono-huinga-huinga me nga hononga-a-waha tuhaa kua whakamahia whanuitia i roto i nga topologies C me D, ko nga whakaurunga rangatū me nga pūnga iahiko te nuinga o te whakamahi i nga huānga tuitui. Ka karo enei i nga hanganga uaua penei i nga capacitors interdigitated, e hiahia ana kia tika ake te whakatauira me te hanga mai i nga raina microstrip paerewa.
Ko te mana whakauru ki te kaiwhakatika ka pa ki te aukati whakauru na te kore o te raina o te diode. Na reira, kua hoahoatia te rectenna ki te whakanui i te PCE mo te taumata hiko whakauru motuhake me te aukati kawenga. I te mea ko nga diodes te nuinga o te capacitive impedance teitei i nga iarere i raro iho i te 3 GHz, ko nga whaanui whaanui e whakakore ana i nga whatunga taurite, e whakaiti ana ranei i nga iahiko whakangao ngawari kua arotahi ki nga iarere Prf>0 dBm me runga ake i te 1 GHz, na te mea he iti te impedance capacitive o nga diodes a ka taea te whakarite pai. ki te antenna, na reira ka karo i te hoahoa o nga antenna me nga reactances whakauru >1,000Ω.
Kua kitea te tauritenga urutau, ka taea ranei te whirihora i roto i nga CMOS rectennas, kei roto i te kupenga taurite nga tahataha punga maramara me nga whakaurunga. Kua tohua ano nga hononga honohono CMOS mo nga antenna 50Ω paerewa tae atu ki nga antenna porowhita i hoahoa tahitia. Kua puta te korero ka whakamahia nga kaitirotiro hiko CMOS hāngū ki te whakahaere i nga huringa e arahi ana i te whakaputanga o te antenna ki nga kaiwhakatika rereke me nga hononga honohono i runga i te mana e waatea ana. He kupenga whakahoahoa ka taea te whirihora ano ma te whakamahi i nga punga hiko ka taea te whakahiato, he mea whakarite ma te whakangao pai i te wa e ine ana i te aukati whakauru ma te whakamahi i te kaitirotiro whatunga vector. I roto i nga whatunga taurite microstrip ka taea te whirihora, kua whakamahia nga huringa transistor aapara ki te whakatika i nga stubs e rite ana ki te whakatutuki i nga ahuatanga takirua-rua.
Hei ako atu mo nga antenna, tirohia:
Wā tuku: Akuhata-09-2024