1.መግቢያ
የሬድዮ ፍሪኩዌንሲ (RF) ሃይል መሰብሰብ (RFEH) እና ራዲየቲቭ ሽቦ አልባ የሃይል ማስተላለፊያ (WPT) ከባትሪ-ነጻ ዘላቂ ገመድ አልባ ኔትወርኮችን ለማግኘት የሚረዱ ዘዴዎች ከፍተኛ ፍላጎትን ስቧል። ሬክቴናዎች የ WPT እና RFEH ስርዓቶች የማዕዘን ድንጋይ ናቸው እና ለጭነቱ በሚሰጠው የዲሲ ኃይል ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራሉ. የሬክቴና አንቴና ንጥረነገሮች የመከሩን ውጤታማነት በቀጥታ ይነካሉ ፣ ይህም የተሰበሰበውን ኃይል በብዙ ትዕዛዞች ሊለያይ ይችላል። ይህ ወረቀት በWPT እና በድባብ RFEH መተግበሪያዎች ውስጥ የተቀጠሩትን የአንቴና ንድፎችን ይገመግማል። የተዘገበው ሬክቴናዎች በሁለት ዋና መመዘኛዎች ይከፋፈላሉ-አንቴናውን የሚያስተካክል impedance bandwidth እና የአንቴናውን የጨረር ባህሪያት. ለእያንዳንዱ መመዘኛ፣ ለተለያዩ አፕሊኬሽኖች የብቃት (FoM) ምስል ተወስኗል እና በንፅፅር ይገመገማል።
WPT በቴስላ በ 20 ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ በሺዎች የሚቆጠሩ የፈረስ ጉልበትን ለማስተላለፍ እንደ ዘዴ ቀርቧል። የ RF ሃይልን ለመሰብሰብ ከማስተካከያ ጋር የተገናኘን አንቴና የሚገልፀው ሬክቴና የሚለው ቃል እ.ኤ.አ. በ1950ዎቹ ለጠፈር ማይክሮዌቭ ሃይል ማስተላለፊያ አፕሊኬሽኖች እና በራስ ገዝ ድሮኖችን ለማንቀሳቀስ ወጣ። ሁለንተናዊ፣ የረዥም ርቀት WPT በመስፋፋት መካከለኛ (አየር) አካላዊ ባህሪያት የተገደበ ነው። ስለዚህ፣ የንግድ WPT በዋናነት ለገመድ አልባ የሸማች ኤሌክትሮኒክስ ቻርጅ ወይም RFID ጨረራ ባልሆነ የሜዳ ላይ ኃይል ማስተላለፍ የተገደበ ነው።
የሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች እና የገመድ አልባ ዳሳሽ ኖዶች የሃይል ፍጆታ እየቀነሰ ሲሄድ፣ አካባቢን RFEH በመጠቀም ወይም የተከፋፈሉ ዝቅተኛ ሃይል ሁሉን አቀፍ አስተላላፊዎችን በመጠቀም ሴንሰር ኖዶችን ማመንጨት የበለጠ አዋጭ ይሆናል። እጅግ በጣም ዝቅተኛ ኃይል ያለው ገመድ አልባ የሃይል ሲስተሞች አብዛኛውን ጊዜ የ RF ማግኛ የፊት ጫፍ፣ የዲሲ ሃይል እና የማስታወሻ አስተዳደር እና አነስተኛ ኃይል ያለው ማይክሮፕሮሰሰር እና ትራንስሴቨርን ያካትታሉ።
ምስል 1 የ RFEH ገመድ አልባ መስቀለኛ መንገድ አርክቴክቸር እና በተለምዶ የሚዘገበው የ RF የፊት-መጨረሻ አተገባበር ያሳያል። የገመድ አልባው ሃይል ስርዓት ከጫፍ እስከ ጫፍ ያለው ቅልጥፍና እና የተመሳሰለው ሽቦ አልባ መረጃ እና የሃይል ማስተላለፊያ አውታር አርክቴክቸር እንደ አንቴናዎች፣ ሬክቲፋተሮች እና የሃይል አስተዳደር ወረዳዎች ባሉ የነጠላ ክፍሎች አፈጻጸም ላይ የተመሰረተ ነው። ለተለያዩ የስርዓቱ ክፍሎች በርካታ የስነ-ጽሁፍ ዳሰሳዎች ተካሂደዋል. ሠንጠረዥ 1 የኃይል ቅየራ ደረጃን ፣ ውጤታማ ኃይልን ለመለወጥ ዋና ዋና ክፍሎችን እና ለእያንዳንዱ ክፍል ተዛማጅ የስነ-ጽሑፍ ዳሰሳዎችን ያጠቃልላል። የቅርብ ጊዜ ጽሑፎች የሚያተኩሩት በኃይል ልወጣ ቴክኖሎጂ፣ በሬክተር ቶፖሎጂዎች ወይም በአውታረ መረብ የሚያውቅ RFEH ላይ ነው።
ምስል 1
ይሁን እንጂ የአንቴና ዲዛይን በ RFEH ውስጥ እንደ ወሳኝ አካል ተደርጎ አይቆጠርም. ምንም እንኳን አንዳንድ ጽሑፎች የአንቴናውን የመተላለፊያ ይዘት እና ቅልጥፍናን ከአጠቃላይ እይታ ወይም ከተወሰነ የአንቴና ዲዛይን አንፃር ለምሳሌ እንደ አነስተኛ ወይም ተለባሽ አንቴናዎች ቢያስቡም አንዳንድ የአንቴና መለኪያዎች በኃይል መቀበያ እና የልወጣ ቅልጥፍና ላይ የሚያሳድሩት ተጽዕኖ በዝርዝር አልተተነተነም።
ይህ ወረቀት RFEH እና WPT የተወሰኑ የአንቴና ዲዛይን ፈተናዎችን ከመደበኛ የግንኙነት አንቴና ዲዛይን የመለየት ግብ ጋር በሬክቴና ውስጥ ያሉትን የአንቴና ዲዛይን ቴክኒኮችን ይገመግማል። አንቴናዎች በሁለት አመለካከቶች ይነፃፀራሉ-ከጫፍ እስከ ጫፍ የመነካካት ማዛመድ እና የጨረር ባህሪያት; በእያንዳንዱ ሁኔታ, FoM ተለይቶ በዘመናዊው (SoA) አንቴናዎች ውስጥ ይገመገማል.
2. የመተላለፊያ ይዘት እና ተዛማጅ፡-50Ω ያልሆኑ የ RF አውታረ መረቦች
የ 50Ω ባህርይ በማይክሮዌቭ ኢንጂነሪንግ አፕሊኬሽኖች ውስጥ በመቀነስ እና በኃይል መካከል ያለውን ስምምነት ቀድሞ ግምት ውስጥ ማስገባት ነው። አንቴናዎች ውስጥ, impedance ባንድዊድዝ የተንጸባረቀው ኃይል ከ 10% (S11<- 10 dB) ያነሰ ነው የት ድግግሞሽ ክልል እንደ ይገለጻል. ዝቅተኛ የድምጽ ማጉያዎች (ኤል ኤን ኤዎች)፣ የሃይል ማጉያዎች እና መመርመሪያዎች በተለምዶ በ50Ω የግቤት ግጥሚያ ግጥሚያ የተነደፉ በመሆናቸው 50Ω ምንጭ በተለምዶ ይጠቀሳል።
በሬክቴና ውስጥ, የአንቴናውን ውፅዓት በቀጥታ ወደ ማስተካከያው ውስጥ ይገባል, እና የዲዲዮው ቀጥተኛ አለመሆን በመግቢያው ላይ ትልቅ ልዩነት ይፈጥራል, የ capacitive ክፍልን ይቆጣጠራል. የ 50Ω አንቴና ግምት ውስጥ በማስገባት ዋናው ተግዳሮት ተጨማሪ የ RF ማዛመጃ ኔትወርክን በመንደፍ የግብአት መጨናነቅን በፍላጎት ድግግሞሽ ወደ rectifier impedance ለመለወጥ እና ለተወሰነ የኃይል ደረጃ ለማመቻቸት ነው. በዚህ አጋጣሚ ቀልጣፋ የ RF ወደ ዲሲ ልወጣን ለማረጋገጥ ከጫፍ እስከ ጫፍ የመቀየሪያ ባንድዊድዝ ያስፈልጋል። ስለዚህ አንቴናዎች በንድፈ ሀሳባዊ ገደብ የለሽ ወይም እጅግ በጣም ሰፊ የሆነ የመተላለፊያ ይዘት በየወቅቱ ኤለመንቶችን ወይም ራስን ማሟያ ጂኦሜትሪ በመጠቀም ማሳካት ቢችሉም የሬክቴና የመተላለፊያ ይዘት በአርማታ ማዛመጃ አውታረመረብ ይዘጋል።
ነጸብራቅን በመቀነስ እና በአንቴና እና በማረጋገጫ መካከል ያለውን ከፍተኛ የሃይል ልውውጥ በማስፋት ነጠላ ባንድ እና ባለብዙ ባንድ አዝመራን ወይም WPTን ለማሳካት በርካታ የሬክቴና ቶፖሎጂዎች ቀርበዋል። ምስል 2 ሪፖርት የተደረጉትን የሬክቴና ቶፖሎጂዎች አወቃቀሮችን ያሳያል፣ በ impedance ተዛማጅ አርክቴክቸር የተመደቡ። ሠንጠረዥ 2 ለእያንዳንዱ ምድብ ከጫፍ እስከ ጫፍ የመተላለፊያ ይዘት (በዚህ ጉዳይ ላይ ፎኤም) ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን ሬክቴናዎች ምሳሌዎችን ያሳያል።
ምስል 2 የሬክቴና ቶፖሎጂዎች ከመተላለፊያ ይዘት እና ከ impedance ማዛመድ አንፃር። (ሀ) ነጠላ ባንድ ሬክቴና ከመደበኛ አንቴና ጋር። (ለ) ባለብዙ ባንድ ሬክቴና (ባለብዙ እርስ በርስ የተጣመሩ አንቴናዎች የተዋቀረ) ከአንድ ማስተካከያ እና ተዛማጅ አውታረ መረብ ባንድ ባንድ። (ሐ) ብሮድባንድ ሬክቴና ከበርካታ የ RF ወደቦች ጋር እና ለእያንዳንዱ ባንድ የተለየ ተዛማጅ አውታረ መረቦች። (መ) የብሮድባንድ ሬክቴና ከብሮድባንድ አንቴና እና የብሮድባንድ ማዛመጃ አውታረ መረብ ጋር። (ሠ) ነጠላ-ባንድ ሬክቴና በኤሌክትሪክ አነስተኛ አንቴና በመጠቀም በቀጥታ ከማስተካከያው ጋር ይዛመዳል። (ረ) ነጠላ-ባንድ፣ በኤሌክትሪካዊ ትልቅ አንቴና ከመስተካከያው ጋር ለማጣመር የተወሳሰበ እክል ያለው። (ሰ) ብሮድባንድ ሬክቴና ከውስብስብ እንቅፋት ጋር በተለያዩ ድግግሞሾች ላይ ከማስተካከያው ጋር ለማጣመር።
ከተለየ ምግብ WPT እና ድባብ RFEH የተለያዩ የሬክቴና አፕሊኬሽኖች ሲሆኑ፣ በአንቴና፣ በሬክተር እና በሎድ መካከል ከጫፍ እስከ ጫፍ ማዛመድን ማግኘት ከፍተኛ የሃይል ልወጣ ቅልጥፍናን (PCE) ከመተላለፊያ ይዘት አንፃር ለማሳካት መሰረታዊ ነው። ቢሆንም፣ የWPT rectennas የበለጠ የሚያተኩረው ከፍተኛ ጥራት ያለው ፋክተር ማዛመድን (ዝቅተኛ S11) በማግኘት ላይ ነው ነጠላ ባንድ PCE በተወሰኑ የሃይል ደረጃዎች (ቶፖሎጂዎች a፣ e እና f) ለማሻሻል። የነጠላ-ባንድ WPT ሰፊ የመተላለፊያ ይዘት የስርዓተ-ፆታ መከላከያን ከመጥፋት ፣የማምረቻ ጉድለቶች እና የጥገኛ ተውሳኮችን ያሻሽላል። በሌላ በኩል፣ RFEH rectennas የባለብዙ ባንድ ኦፕሬሽን ቅድሚያ ይሰጣሉ እና የቶፖሎጂስ bd እና g ናቸው፣የአንድ ባንድ ሃይል ስፔክታል ዴንሲት (PSD) በአጠቃላይ ዝቅተኛ ነው።
3. አራት ማዕዘን ቅርጽ ያለው አንቴና ንድፍ
1. ነጠላ-ድግግሞሽ rectenna
የነጠላ ድግግሞሽ ሬክቴና (ቶፖሎጂ ሀ) የአንቴና ዲዛይን በዋናነት በመደበኛ አንቴና ንድፍ ላይ የተመሠረተ ነው ፣ ለምሳሌ እንደ መስመራዊ ፖላራይዜሽን (ኤልፒ) ወይም ክብ ፖላራይዜሽን (ሲፒ) በመሬት አውሮፕላን ፣ በዲፖል አንቴና እና በተገለበጠ ኤፍ አንቴና። ዲፈረንሻል ባንድ ሬክቴና ከበርካታ አንቴና አሃዶች ጋር በተዋቀረ በዲሲ ጥምር ድርድር ላይ የተመሰረተ ነው ወይም የዲሲ እና የ RF ጥምር ከበርካታ ጠጋኝ ክፍሎች ጋር።
ብዙዎቹ የታቀዱት አንቴናዎች ነጠላ ድግግሞሽ አንቴናዎች በመሆናቸው እና የነጠላ ድግግሞሽ WPT መስፈርቶችን ስለሚያሟሉ የአካባቢ ባለብዙ ድግግሞሽ RFEH ሲፈልጉ ብዙ ነጠላ ድግግሞሽ አንቴናዎች ወደ መልቲ-ባንድ ሬክቴናዎች (ቶፖሎጂ ለ) ከጋራ ትስስር ማፈን እና ከኃይል አስተዳደር ወረዳ በኋላ ገለልተኛ የዲሲ ጥምረት ከ RF ማግኛ እና መለወጥ ወረዳ ሙሉ በሙሉ እነሱን ለማግለል ። ይህ ለእያንዳንዱ ባንድ በርካታ የሃይል አስተዳደር ሰርኮችን ይፈልጋል፣ ይህም የአንድ ባንድ የዲሲ ሃይል ዝቅተኛ ስለሆነ የማሳደጊያ መቀየሪያውን ቅልጥፍና ሊቀንስ ይችላል።
2. ባለብዙ ባንድ እና ብሮድባንድ RFEH አንቴናዎች
የአካባቢ RFEH ብዙውን ጊዜ ከበርካታ ባንድ ማግኛ ጋር የተያያዘ ነው; ስለዚህ የመደበኛ አንቴና ዲዛይኖችን የመተላለፊያ ይዘት ለማሻሻል የተለያዩ ቴክኒኮች ቀርበዋል እና ባለሁለት ባንድ ወይም ባንድ አንቴና ድርድሮች ለመመስረት ዘዴዎች። በዚህ ክፍል ለ RFEHs ብጁ የአንቴና ንድፎችን እና እንዲሁም እንደ ሬክቴናዎች የመጠቀም አቅም ያላቸውን ክላሲክ ባለብዙ ባንድ አንቴናዎችን እንገመግማለን።
Coplanar waveguide (CPW) ሞኖፖል አንቴናዎች ከማይክሮስትሪፕ ጠጋኝ አንቴናዎች ያነሰ ቦታ የሚይዙት በተመሳሳይ ድግግሞሽ እና LP ወይም CP waves ያመርታሉ እና ብዙ ጊዜ ለብሮድባንድ የአካባቢ ሬክቴናዎች ያገለግላሉ። አንጸባራቂ አውሮፕላኖች መገለልን ለመጨመር እና ጥቅምን ለማሻሻል ጥቅም ላይ ይውላሉ, በዚህም ምክንያት ከ patch አንቴናዎች ጋር ተመሳሳይ የሆኑ የጨረር ንድፎችን ያስከትላሉ. Slotted coplanar waveguide አንቴናዎች እንደ 1.8-2.7 GHz ወይም 1–3 GHz ላሉ በርካታ የፍሪኩዌንሲ ባንዶች የ impedance bandwidths ለማሻሻል ጥቅም ላይ ይውላሉ። የተጣመሩ ማስገቢያ አንቴናዎች እና ጠጋኝ አንቴናዎች እንዲሁ በባለብዙ ባንድ ሬክቴና ዲዛይኖች ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላሉ። ምስል 3 ከአንድ በላይ የመተላለፊያ ይዘት ማሻሻል ቴክኒኮችን የሚጠቀሙ አንዳንድ ሪፖርት የተደረጉ ባለብዙ ባንድ አንቴናዎችን ያሳያል።
ምስል 3
አንቴና-ማስተካከያ ማዛመጃ
የ 50Ω አንቴና ወደ መስመር አልባ ተስተካካይ ማዛመድ ፈታኝ ነው ምክንያቱም የግብአት ውሱንነት በድግግሞሽ በእጅጉ ይለያያል። በቶፖሎጂዎች A እና B (ስእል 2) የጋራ ማዛመጃ አውታረመረብ የተበላሹ ንጥረ ነገሮችን በመጠቀም የ LC ግጥሚያ ነው። ሆኖም አንጻራዊ የመተላለፊያ ይዘት አብዛኛውን ጊዜ ከአብዛኞቹ የመገናኛ ባንዶች ያነሰ ነው። ነጠላ-ባንድ ስቱብ ማዛመድ በተለምዶ በማይክሮዌቭ እና ሚሊሜትር-ማዕበል ባንዶች ከ6 ጊኸ በታች ጥቅም ላይ ይውላል፣ እና የተዘገበው ሚሊሜትር-ማዕበል ሬክቴናዎች በተፈጥሯቸው ጠባብ የመተላለፊያ ይዘት አላቸው ምክንያቱም የእነሱ ፒሲኢ ባንድዊድዝ በውጤት harmonic suppression የታሸገ ነው፣ ይህም በተለይ ለነጠላ ተስማሚ ያደርጋቸዋል። ባንድ WPT መተግበሪያዎች በ24 GHz ፍቃድ በሌለው ባንድ።
በ topologies C እና D ውስጥ ያሉት ሬክቴናዎች የበለጠ ውስብስብ ተዛማጅ አውታረ መረቦች አሏቸው። ሙሉ በሙሉ የተከፋፈሉ የመስመር ማዛመጃ ኔትወርኮች ለብሮድባንድ ማዛመጃ ቀርበዋል፣ በ RF block/DC short circuit (pass filter) በውጤት ወደብ ላይ ወይም የዲሲ ማገጃ capacitor ለ diode harmonics መመለሻ መንገድ። የማስተካከያ ክፍሎቹ በንግድ ኤሌክትሮኒክስ ዲዛይን አውቶማቲክ መሳሪያዎች የተዋሃዱ በታተሙ የወረዳ ሰሌዳ (ፒሲቢ) ኢንተርዲጂትድ capacitors ሊተኩ ይችላሉ። ሌሎች የተዘገቡት የብሮድባንድ ሬክቴና ማዛመጃ ኔትወርኮች የተዘበራረቁ ንጥረ ነገሮችን ከዝቅተኛ ድግግሞሽ እና የተከፋፈሉ ኤለመንቶችን በማጣመር በግቤት ውስጥ የ RF አጭር ለመፍጠር።
በጭነቱ የሚስተዋለውን የግብአት እክል በምንጭ በኩል መቀየር (ምንጭ-መጎተት ቴክኒክ በመባል የሚታወቀው) የብሮድባንድ ማስተካከያ 57% አንጻራዊ ባንድዊድዝ (1.25-2.25 GHz) እና 10% ከፍ ያለ PCE ከተከማቸ ወይም ከተከፋፈሉ ወረዳዎች ጋር ለመንደፍ ጥቅም ላይ ውሏል። . ምንም እንኳን ተዛማጅ ኔትወርኮች በጠቅላላው 50Ω የመተላለፊያ ይዘት ያላቸው አንቴናዎችን ለማዛመድ የተነደፉ ቢሆኑም፣ የብሮድባንድ አንቴናዎች ከጠባብ ባንድ ተስተካካዮች ጋር የተገናኙባቸው ሪፖርቶች በጽሑፎቹ ውስጥ አሉ።
የተዳቀለ-ኤለመንትን እና የተከፋፈሉ-ኤለመን ማዛመጃ ኔትወርኮች በስፋት ጥቅም ላይ የዋሉት በቶፖሎጂ ሲ እና ዲ ሲሆን ተከታታይ ኢንዳክተሮች እና capacitors በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉት ጥቅጥቅ ያሉ ንጥረ ነገሮች ናቸው። እነዚህ እንደ interdigited capacitors ያሉ ውስብስብ አወቃቀሮችን ያስወግዳሉ, ይህም ከመደበኛ ጥቃቅን መስመሮች የበለጠ ትክክለኛ ሞዴሊንግ እና ማምረት ያስፈልገዋል.
የማስተካከያው የግብአት ሃይል በዲዲዮው መስመር ላይ ባለመሆኑ የግቤት መጨናነቅን ይጎዳል። ስለዚህ ሬክቴና የተሰራው ለተወሰነ የግቤት ሃይል ደረጃ እና የመጫን እክል PCE ን ከፍ ለማድረግ ነው። ዳዮዶች በዋነኛነት ከ 3 ጊኸ በታች በሆኑ ድግግሞሽዎች አቅም ያላቸው ከፍተኛ ጫናዎች በመሆናቸው፣ ብሮድባንድ ሬክቴናዎች ተዛማጅ ኔትወርኮችን የሚያስወግዱ ወይም ቀለል ያሉ ተዛማጅ ዑደቶችን የሚቀንሱ ድግግሞሾች ላይ ያተኮሩ ናቸው Prf>0 dBm እና ከ 1 GHz በላይ። ወደ አንቴና, ስለዚህ የአንቴናዎችን ዲዛይን ከግብአት ምላሽ> 1,000Ω ጋር ማስወገድ.
የሚለምደዉ ወይም ዳግም ሊዋቀር የሚችል የ impedance ማዛመድ በCMOS ሬክቴናዎች ውስጥ ታይቷል፣ ተዛማጅ አውታረመረብ በቺፕ አቅም ባንኮች እና ኢንደክተሮች። የስታቲክ CMOS ማዛመጃ ኔትወርኮች ለመደበኛ 50Ω አንቴናዎች እንዲሁም በጋራ ዲዛይን የተሰሩ የሉፕ አንቴናዎች ቀርበዋል። የአንቴናውን ውፅዓት ወደ ተለያዩ ሬክቲፋፋሮች እና ተዛማጅ ኔትዎርኮች ባለው ሃይል መሰረት የሚያደርጉ ስዊቾችን ለመቆጣጠር ፓሲሲቭ CMOS ሃይል መመርመሪያዎች ጥቅም ላይ እንደሚውሉ ተነግሯል። የቬክተር ኔትዎርክ ተንታኝ በመጠቀም የግብአት እክልን በሚለካበት ጊዜ በጥሩ ማስተካከያ የሚስተካከለው ጥቅጥቅ ያሉ ተስተካክለው የሚስተካከሉ capacitorsን በመጠቀም እንደገና ሊዋቀር የሚችል ተዛማጅ አውታረ መረብ ቀርቧል። በእንደገና ሊዋቀሩ በሚችሉ ማይክሮስትሪፕ ማዛመጃ ኔትወርኮች፣ የመስክ ውጤት ትራንዚስተር መቀየሪያዎች ባለሁለት ባንድ ባህሪያትን ለማሳካት ተዛማጅ ስቶፖችን ለማስተካከል ጥቅም ላይ ውለዋል።
ስለ አንቴናዎች የበለጠ ለማወቅ፣ እባክዎን ይጎብኙ፡-
የልጥፍ ሰዓት፡- ኦገስት-09-2024
