अँटेना-रेक्टिफायर सह-डिझाइन
आकृती २ मध्ये EG टोपोलॉजीचे अनुसरण करणाऱ्या रेक्टेनाचे वैशिष्ट्य म्हणजे अँटेना ५०Ω मानकाऐवजी थेट रेक्टिफायरशी जुळतो, ज्यासाठी रेक्टिफायरला पॉवर देण्यासाठी जुळणारे सर्किट कमी करणे किंवा काढून टाकणे आवश्यक आहे. हा विभाग ५०Ω नसलेल्या अँटेना आणि जुळणारे नेटवर्क नसलेल्या रेक्टेनासह SoA रेक्टेनाचे फायदे पुनरावलोकन करतो.
१. विद्युतदृष्ट्या लहान अँटेना
LC रेझोनंट रिंग अँटेना अशा अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरले गेले आहेत जिथे सिस्टमचा आकार महत्त्वाचा असतो. 1 GHz पेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीवर, तरंगलांबीमुळे मानक वितरित घटक अँटेना सिस्टमच्या एकूण आकारापेक्षा जास्त जागा व्यापू शकतात आणि बॉडी इम्प्लांट्ससाठी पूर्णपणे एकात्मिक ट्रान्सीव्हर्स सारख्या अनुप्रयोगांना WPT साठी इलेक्ट्रिकली लहान अँटेनाचा वापर विशेषतः फायदेशीर ठरतो.
लहान अँटेनाचा उच्च प्रेरक प्रतिबाधा (जवळपास अनुनाद) रेक्टिफायरला थेट जोडण्यासाठी किंवा अतिरिक्त ऑन-चिप कॅपेसिटिव्ह मॅचिंग नेटवर्कसह वापरला जाऊ शकतो. ह्युजेन्स द्विध्रुवीय अँटेना वापरून 1 GHz पेक्षा कमी LP आणि CP असलेले WPT मध्ये इलेक्ट्रिकली लहान अँटेना नोंदवले गेले आहेत, ka=0.645 सह, तर सामान्य द्विध्रुवीयांमध्ये ka=5.91 (ka=2πr/λ0).
२. रेक्टिफायर कॉन्जुगेट अँटेना
डायोडचा सामान्य इनपुट प्रतिबाधा अत्यंत कॅपेसिटिव्ह असतो, म्हणून संयुग्मित प्रतिबाधा साध्य करण्यासाठी प्रेरक अँटेना आवश्यक असतो. चिपच्या कॅपेसिटिव्ह प्रतिबाधामुळे, उच्च प्रतिबाधा प्रेरक अँटेना RFID टॅगमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत. द्विध्रुवीय अँटेना अलीकडेच जटिल प्रतिबाधा RFID अँटेनांमध्ये एक ट्रेंड बनले आहेत, जे त्यांच्या रेझोनंट फ्रिक्वेन्सीजवळ उच्च प्रतिबाधा (प्रतिरोध आणि अभिक्रिया) प्रदर्शित करतात.
फ्रिक्वेन्सी बँड ऑफ इंटरेस्टमध्ये रेक्टिफायरच्या उच्च कॅपेसिटन्सशी जुळण्यासाठी इंडक्टिव्ह डायपोल अँटेना वापरण्यात आले आहेत. फोल्ड केलेल्या डायपोल अँटेनामध्ये, दुहेरी शॉर्ट लाइन (डायपोल फोल्डिंग) एक इम्पेडन्स ट्रान्सफॉर्मर म्हणून काम करते, ज्यामुळे अत्यंत उच्च इम्पेडन्स अँटेनाची रचना करता येते. पर्यायीरित्या, बायस फीडिंग हे इंडक्टिव्ह रिएक्टन्स तसेच वास्तविक इम्पेडन्स वाढवण्यासाठी जबाबदार आहे. असंतुलित बो-टाय रेडियल स्टबसह अनेक बायस्ड डायपोल घटकांचे संयोजन केल्याने ड्युअल ब्रॉडबँड हाय इम्पेडन्स अँटेना तयार होतो. आकृती 4 काही रिपोर्ट केलेले रेक्टिफायर कन्जुगेट अँटेना दर्शविते.
आकृती ४
RFEH आणि WPT मधील रेडिएशन वैशिष्ट्ये
फ्रिस मॉडेलमध्ये, ट्रान्समीटरपासून d अंतरावर अँटेनाद्वारे प्राप्त होणारा पॉवर PRX हा रिसीव्हर आणि ट्रान्समीटर गेन (GRX, GTX) चे थेट कार्य आहे.
अँटेनाची मुख्य लोब डायरेक्टिव्हिटी आणि ध्रुवीकरण थेट घटना लहरीतून गोळा होणाऱ्या उर्जेच्या प्रमाणात परिणाम करते. अँटेना रेडिएशन वैशिष्ट्ये हे सभोवतालच्या RFEH आणि WPT मध्ये फरक करणारे प्रमुख पॅरामीटर्स आहेत (आकृती 5). दोन्ही अनुप्रयोगांमध्ये प्रसार माध्यम अज्ञात असू शकते आणि प्राप्त झालेल्या लहरीवरील त्याचा परिणाम विचारात घेणे आवश्यक आहे, परंतु प्रसारित करणाऱ्या अँटेनाचे ज्ञान वापरले जाऊ शकते. तक्ता 3 या विभागात चर्चा केलेले प्रमुख पॅरामीटर्स आणि RFEH आणि WPT ला त्यांची लागूता ओळखते.
आकृती ५
१. निर्देशात्मकता आणि लाभ
बहुतेक RFEH आणि WPT अनुप्रयोगांमध्ये, असे गृहीत धरले जाते की संग्राहकाला घटनेच्या किरणोत्सर्गाची दिशा माहित नसते आणि दृष्टीक्षेप (LoS) मार्ग नसतो. या कामात, ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरमधील मुख्य लोब संरेखनापासून स्वतंत्र, अज्ञात स्त्रोताकडून प्राप्त होणारी शक्ती जास्तीत जास्त करण्यासाठी अनेक अँटेना डिझाइन आणि प्लेसमेंट तपासण्यात आले आहेत.
पर्यावरणीय RFEH रेक्टेनामध्ये सर्वदिशात्मक अँटेना मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत. साहित्यात, अँटेनाच्या अभिमुखतेनुसार PSD बदलते. तथापि, पॉवरमधील फरक स्पष्ट केलेला नाही, म्हणून हे फरक अँटेनाच्या रेडिएशन पॅटर्नमुळे आहे की ध्रुवीकरण विसंगतीमुळे आहे हे निश्चित करणे शक्य नाही.
RFEH अनुप्रयोगांव्यतिरिक्त, कमी RF पॉवर घनतेची संकलन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी किंवा प्रसारण नुकसानावर मात करण्यासाठी मायक्रोवेव्ह WPT साठी हाय-गेन डायरेक्शनल अँटेना आणि अ‍ॅरे मोठ्या प्रमाणात नोंदवले गेले आहेत. यागी-उडा रेक्टेना अ‍ॅरे, बोटी अ‍ॅरे, स्पायरल अ‍ॅरे, घट्ट जोडलेले विवाल्डी अ‍ॅरे, CPW CP अ‍ॅरे आणि पॅच अ‍ॅरे हे स्केलेबल रेक्टेना अंमलबजावणींपैकी एक आहेत जे विशिष्ट क्षेत्राखालील घटना पॉवर घनता जास्तीत जास्त वाढवू शकतात. अँटेना गेन सुधारण्यासाठी इतर पद्धतींमध्ये मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर वेव्ह बँडमध्ये सब्सट्रेट इंटिग्रेटेड वेव्हगाइड (SIW) तंत्रज्ञान समाविष्ट आहे, जे WPT साठी विशिष्ट आहे. तथापि, हाय-गेन रेक्टेना अरुंद बीमविड्थ द्वारे दर्शविले जातात, ज्यामुळे अनियंत्रित दिशांमध्ये लाटांचे स्वागत अकार्यक्षम होते. अँटेना घटक आणि पोर्टच्या संख्येच्या तपासणीतून असा निष्कर्ष काढला गेला की उच्च डायरेक्टिव्हिटी त्रिमितीय अनियंत्रित घटना गृहीत धरून सभोवतालच्या RFEH मध्ये उच्च कापणी केलेल्या शक्तीशी जुळत नाही; शहरी वातावरणात फील्ड मापनांद्वारे हे सत्यापित केले गेले. हाय-गेन अ‍ॅरे WPT अनुप्रयोगांपुरते मर्यादित असू शकतात.
हाय-गेन अँटेनाचे फायदे अनियंत्रित RFEH मध्ये हस्तांतरित करण्यासाठी, डायरेक्टिव्हिटी समस्येवर मात करण्यासाठी पॅकेजिंग किंवा लेआउट सोल्यूशन्सचा वापर केला जातो. अॅम्बियंट वाय-फाय RFEH मधून दोन दिशांना ऊर्जा गोळा करण्यासाठी ड्युअल-पॅच अँटेना रिस्टबँड प्रस्तावित आहे. अॅम्बियंट सेल्युलर RFEH अँटेना देखील 3D बॉक्स म्हणून डिझाइन केले आहेत आणि सिस्टम क्षेत्र कमी करण्यासाठी आणि बहु-दिशात्मक कापणी सक्षम करण्यासाठी बाह्य पृष्ठभागावर छापलेले किंवा चिकटवलेले आहेत. क्यूबिक रेक्टेना स्ट्रक्चर्स अॅम्बियंट RFEH मध्ये ऊर्जा रिसेप्शनची उच्च संभाव्यता दर्शवतात.
२.४ GHz, ४ × १ अ‍ॅरेवर WPT सुधारण्यासाठी बीमविड्थ वाढवण्यासाठी अँटेना डिझाइनमध्ये सुधारणा करण्यात आल्या, ज्यामध्ये सहाय्यक परजीवी पॅच घटकांचा समावेश आहे. प्रत्येक पोर्टमध्ये अनेक बीम असलेले एक ६ GHz मेष अँटेना देखील प्रस्तावित करण्यात आला होता, जो प्रत्येक पोर्टमध्ये अनेक बीम प्रदर्शित करतो. मल्टी-डायरेक्शनल आणि मल्टी-पोलराइज्ड RFEH साठी सर्व-दिशात्मक रेडिएशन पॅटर्नसह मल्टी-पोर्ट, मल्टी-रेक्टिफायर पृष्ठभाग रेक्टेना आणि ऊर्जा हार्वेस्टिंग अँटेना प्रस्तावित करण्यात आले आहेत. उच्च-लाभ, मल्टी-डायरेक्शनल एनर्जी हार्वेस्टिंगसाठी बीमफॉर्मिंग मॅट्रिक्स आणि मल्टी-पोर्ट अँटेना अ‍ॅरे असलेले मल्टी-रेक्टिफायर्स देखील प्रस्तावित करण्यात आले आहेत.
थोडक्यात, कमी RF घनतेतून मिळवलेली शक्ती सुधारण्यासाठी हाय-गेन अँटेना पसंत केले जातात, परंतु ट्रान्समीटर दिशा अज्ञात असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये (उदा., अज्ञात प्रसार चॅनेलद्वारे अॅम्बियंट RFEH किंवा WPT) उच्च दिशात्मक रिसीव्हर्स आदर्श नसतील. या कामात, मल्टी-डायरेक्शनल हाय-गेन WPT आणि RFEH साठी अनेक मल्टी-बीम दृष्टिकोन प्रस्तावित आहेत.
२. अँटेना ध्रुवीकरण
अँटेना ध्रुवीकरण हे अँटेना प्रसार दिशेच्या सापेक्ष विद्युत क्षेत्र वेक्टरच्या हालचालीचे वर्णन करते. मुख्य लोब दिशानिर्देश संरेखित असतानाही ध्रुवीकरण जुळत नसल्याने अँटेनांमधील प्रसारण/रिसेप्शन कमी होऊ शकते. उदाहरणार्थ, जर ट्रान्समिशनसाठी उभ्या LP अँटेना वापरल्या आणि रिसेप्शनसाठी क्षैतिज LP अँटेना वापरला तर वीज मिळणार नाही. या विभागात, वायरलेस रिसेप्शन कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी आणि ध्रुवीकरण जुळत नसलेल्या नुकसानांपासून बचाव करण्यासाठी नोंदवलेल्या पद्धतींचा आढावा घेतला आहे. ध्रुवीकरणाच्या संदर्भात प्रस्तावित रेक्टेना आर्किटेक्चरचा सारांश आकृती 6 मध्ये दिला आहे आणि तक्ता 4 मध्ये SoA चे उदाहरण दिले आहे.
आकृती ६
सेल्युलर कम्युनिकेशन्समध्ये, बेस स्टेशन आणि मोबाईल फोनमधील रेषीय ध्रुवीकरण संरेखन साध्य होण्याची शक्यता कमी असते, म्हणून ध्रुवीकरण विसंगती नुकसान टाळण्यासाठी बेस स्टेशन अँटेना दुहेरी-ध्रुवीकरण किंवा बहु-ध्रुवीकरण करण्यासाठी डिझाइन केले जातात. तथापि, मल्टीपाथ इफेक्ट्समुळे एलपी लहरींचे ध्रुवीकरण भिन्नता ही एक अनसुलझे समस्या आहे. मल्टी-ध्रुवीकरण मोबाइल बेस स्टेशनच्या गृहीतकावर आधारित, सेल्युलर आरएफईएच अँटेना एलपी अँटेना म्हणून डिझाइन केले आहेत.
CP रेक्टेना प्रामुख्याने WPT मध्ये वापरले जातात कारण ते विसंगतीला तुलनेने प्रतिरोधक असतात. CP अँटेना सर्व LP लहरींव्यतिरिक्त समान रोटेशन दिशेने (डाव्या हाताने किंवा उजव्या हाताने CP) CP रेडिएशन प्राप्त करण्यास सक्षम असतात, शिवाय पॉवर लॉसशिवाय. कोणत्याही परिस्थितीत, CP अँटेना प्रसारित करतो आणि LP अँटेना 3 dB लॉस (50% पॉवर लॉस) सह प्राप्त करतो. CP रेक्टेना 900 MHz आणि 2.4 GHz आणि 5.8 GHz औद्योगिक, वैज्ञानिक आणि वैद्यकीय बँड तसेच मिलिमीटर लहरींसाठी योग्य असल्याचे नोंदवले गेले आहे. अनियंत्रित ध्रुवीकृत लहरींच्या RFEH मध्ये, ध्रुवीकरण विविधता ध्रुवीकरण विसंगती नुकसानांवर संभाव्य उपाय दर्शवते.
पूर्ण ध्रुवीकरण, ज्याला बहु-ध्रुवीकरण असेही म्हणतात, ध्रुवीकरण विसंगती नुकसान पूर्णपणे दूर करण्यासाठी प्रस्तावित केले आहे, ज्यामुळे CP आणि LP दोन्ही लहरींचे संकलन शक्य होते, जिथे दोन दुहेरी-ध्रुवीकृत ऑर्थोगोनल LP घटक प्रभावीपणे सर्व LP आणि CP लहरी प्राप्त करतात. हे स्पष्ट करण्यासाठी, ध्रुवीकरण कोन काहीही असो, उभ्या आणि क्षैतिज निव्वळ व्होल्टेज (VV आणि VH) स्थिर राहतात:
CP इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह “E” इलेक्ट्रिक फील्ड, जिथे पॉवर दोनदा (प्रति युनिट एकदा) गोळा केली जाते, ज्यामुळे CP घटक पूर्णपणे प्राप्त होतो आणि 3 dB ध्रुवीकरण मिसॅमॅच लॉसवर मात होते:
शेवटी, डीसी संयोजनाद्वारे, अनियंत्रित ध्रुवीकरणाच्या आपत्कालीन लहरी प्राप्त केल्या जाऊ शकतात. आकृती 7 मध्ये पूर्णपणे ध्रुवीकृत रेक्टेनाची भूमिती दर्शविली आहे.
आकृती ७
थोडक्यात, समर्पित वीज पुरवठ्यासह WPT अनुप्रयोगांमध्ये, CP ला प्राधान्य दिले जाते कारण ते अँटेनाच्या ध्रुवीकरण कोनाची पर्वा न करता WPT कार्यक्षमता सुधारते. दुसरीकडे, मल्टी-सोर्स अधिग्रहणात, विशेषतः सभोवतालच्या स्रोतांमधून, पूर्णपणे ध्रुवीकृत अँटेना चांगले एकूण रिसेप्शन आणि जास्तीत जास्त पोर्टेबिलिटी प्राप्त करू शकतात; RF किंवा DC वर पूर्णपणे ध्रुवीकृत शक्ती एकत्र करण्यासाठी मल्टी-पोर्ट/मल्टी-रेक्टिफायर आर्किटेक्चर आवश्यक आहेत.
सारांश
हा पेपर RFEH आणि WPT साठी अँटेना डिझाइनमधील अलिकडच्या प्रगतीचा आढावा घेतो आणि RFEH आणि WPT साठी अँटेना डिझाइनचे एक मानक वर्गीकरण प्रस्तावित करतो जे मागील साहित्यात प्रस्तावित केलेले नाही. उच्च RF-टू-डीसी कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी तीन मूलभूत अँटेना आवश्यकता ओळखल्या गेल्या आहेत:
१. आवडीच्या RFEH आणि WPT बँडसाठी अँटेना रेक्टिफायर इम्पेडन्स बँडविड्थ;
२. समर्पित फीडमधून WPT मध्ये ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरमधील मुख्य लोब संरेखन;
३. कोन आणि स्थिती काहीही असो, रेक्टेना आणि आपाती लाटा यांच्यातील ध्रुवीकरण जुळणे.
प्रतिबाधेच्या आधारावर, रेक्टेना 50Ω आणि रेक्टिफायर संयुग्मित रेक्टेना मध्ये वर्गीकृत केले जातात, ज्यामध्ये वेगवेगळ्या बँड आणि भारांमधील प्रतिबाधा जुळण्यावर आणि प्रत्येक जुळणार्‍या पद्धतीच्या कार्यक्षमतेवर लक्ष केंद्रित केले जाते.
SoA रेक्टेनाच्या रेडिएशन वैशिष्ट्यांचा डायरेक्टिव्हिटी आणि ध्रुवीकरणाच्या दृष्टिकोनातून आढावा घेण्यात आला आहे. अरुंद बीमविड्थवर मात करण्यासाठी बीमफॉर्मिंग आणि पॅकेजिंगद्वारे फायदा सुधारण्याच्या पद्धतींवर चर्चा करण्यात आली आहे. शेवटी, WPT साठी CP रेक्टेनाचा आढावा घेण्यात आला आहे, तसेच WPT आणि RFEH साठी ध्रुवीकरण-स्वतंत्र रिसेप्शन साध्य करण्यासाठी विविध अंमलबजावणीचा आढावा घेण्यात आला आहे.
अँटेनाबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया भेट द्या:
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-१६-२०२४
