अँटेना-रेक्टिफायर सह-डिझाइन
आकृती 2 मधील EG टोपोलॉजीचे अनुसरण करणाऱ्या रेक्टेनाचे वैशिष्ट्य म्हणजे 50Ω मानकांऐवजी अँटेना थेट रेक्टिफायरशी जुळलेला आहे, ज्यासाठी रेक्टिफायरला शक्ती देण्यासाठी जुळणारे सर्किट कमी करणे किंवा काढून टाकणे आवश्यक आहे. हा विभाग नॉन-50Ω अँटेना आणि जुळणारे नेटवर्क नसलेल्या रेक्टेनासह SoA रेक्टेनाच्या फायद्यांचे पुनरावलोकन करतो.
1. इलेक्ट्रिकली लहान अँटेना
LC रेझोनंट रिंग अँटेना मोठ्या प्रमाणावर ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरले गेले आहेत जेथे सिस्टम आकार गंभीर आहे. 1 GHz पेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीवर, तरंगलांबीमुळे मानक वितरित घटक अँटेना प्रणालीच्या एकूण आकारापेक्षा जास्त जागा व्यापू शकतात आणि शरीर प्रत्यारोपणासाठी पूर्णपणे एकात्मिक ट्रान्सीव्हर्स सारख्या अनुप्रयोगांना विशेषतः WPT साठी इलेक्ट्रिकली लहान अँटेना वापरल्याने फायदा होतो.
लहान अँटेनाचा उच्च प्रेरक प्रतिबाधा (अनुनाद जवळ) थेट रेक्टिफायर जोडण्यासाठी किंवा अतिरिक्त ऑन-चिप कॅपेसिटिव्ह मॅचिंग नेटवर्कसह वापरला जाऊ शकतो. 1 GHz खाली LP आणि CP सह विद्युतदृष्ट्या लहान अँटेना, ka=0.645 सह, ka=0.645, तर ka=5.91 सामान्य द्विध्रुवांमध्ये (ka=2πr/λ0) वापरून 1 GHz खाली नोंदवले गेले आहेत.
2. रेक्टिफायर संयुग्मित अँटेना
डायोडचा विशिष्ट 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 अलीकडे जटिल प्रतिबाधा RFID अँटेनामध्ये एक ट्रेंड बनले आहेत, त्यांच्या प्रतिध्वनी वारंवारता जवळ उच्च प्रतिबाधा (प्रतिकार आणि प्रतिक्रिया) प्रदर्शित करतात.
प्रेरक द्विध्रुवीय अँटेना स्वारस्याच्या फ्रिक्वेंसी बँडमध्ये रेक्टिफायरच्या उच्च क्षमतेशी जुळण्यासाठी वापरले गेले आहेत. दुमडलेल्या द्विध्रुवीय अँटेनामध्ये, दुहेरी लहान रेषा (द्विध्रुवीय फोल्डिंग) प्रतिबाधा ट्रान्सफॉर्मर म्हणून कार्य करते, ज्यामुळे अत्यंत उच्च प्रतिबाधा अँटेनाची रचना करता येते. वैकल्पिकरित्या, बायस फीडिंग प्रेरक प्रतिक्रिया तसेच वास्तविक प्रतिबाधा वाढवण्यासाठी जबाबदार आहे. असंतुलित बो-टाय रेडियल स्टबसह अनेक पक्षपाती द्विध्रुवीय घटक एकत्र केल्याने ड्युअल ब्रॉडबँड उच्च प्रतिबाधा अँटेना तयार होतो. आकृती 4 काही नोंदवलेले रेक्टिफायर संयुग्मित अँटेना दाखवते.
आकृती 4
RFEH आणि WPT मध्ये रेडिएशन वैशिष्ट्ये
फ्रिस मॉडेलमध्ये, ट्रान्समीटरपासून डी अंतरावर अँटेनाद्वारे प्राप्त होणारी पॉवर पीआरएक्स हे रिसीव्हर आणि ट्रान्समीटर गेन (जीआरएक्स, जीटीएक्स) चे थेट कार्य आहे.
ऍन्टीनाची मुख्य लोब डायरेक्टिव्हिटी आणि ध्रुवीकरण घटना लहरीतून गोळा केलेल्या शक्तीच्या प्रमाणात थेट परिणाम करतात. अँटेना रेडिएशन वैशिष्ट्ये ही मुख्य पॅरामीटर्स आहेत जी सभोवतालच्या RFEH आणि WPT (आकृती 5) मध्ये फरक करतात. दोन्ही ऍप्लिकेशन्समध्ये प्रसार माध्यम अज्ञात असू शकते आणि प्राप्त लहरीवर त्याचा प्रभाव विचारात घेणे आवश्यक आहे, ट्रान्समिटिंग ऍन्टीनाच्या ज्ञानाचा उपयोग केला जाऊ शकतो. तक्ता 3 या विभागात चर्चा केलेले प्रमुख पॅरामीटर्स आणि त्यांची RFEH आणि WPT साठी लागू होणारीता ओळखते.
आकृती 5
1. दिशा आणि लाभ
बहुतेक RFEH आणि WPT ऍप्लिकेशन्समध्ये, असे गृहीत धरले जाते की कलेक्टरला घटनेच्या रेडिएशनची दिशा माहित नाही आणि कोणताही लाइन-ऑफ-साइट (LoS) मार्ग नाही. या कार्यामध्ये, ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरमधील मुख्य लोब संरेखनापासून स्वतंत्र, अज्ञात स्त्रोताकडून प्राप्त केलेली शक्ती जास्तीत जास्त वाढविण्यासाठी एकाधिक अँटेना डिझाइन आणि प्लेसमेंटची तपासणी केली गेली आहे.
पर्यावरणीय RFEH रेक्टेनामध्ये सर्व दिशात्मक अँटेना मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत. साहित्यात, ऍन्टीनाच्या अभिमुखतेनुसार PSD बदलते. तथापि, पॉवरमधील फरक स्पष्ट केला गेला नाही, त्यामुळे हे फरक ऍन्टीनाच्या रेडिएशन पॅटर्नमुळे आहे की ध्रुवीकरणाच्या विसंगतीमुळे हे निर्धारित करणे शक्य नाही.
RFEH ऍप्लिकेशन्स व्यतिरिक्त, मायक्रोवेव्ह डब्ल्यूपीटीसाठी कमी RF पॉवर डेन्सिटीची संकलन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी किंवा प्रसार हानी दूर करण्यासाठी उच्च-प्राप्त दिशात्मक अँटेना आणि ॲरे मोठ्या प्रमाणावर नोंदवले गेले आहेत. यागी-उडा रेक्टेना ॲरे, बोटी ॲरे, सर्पिल ॲरे, घट्ट जोडलेले विवाल्डी ॲरे, CPW CP ॲरे, आणि पॅच ॲरे हे स्केलेबल रेक्टेना अंमलबजावणींपैकी एक आहेत जे एका विशिष्ट क्षेत्राखाली घटना शक्ती घनता वाढवू शकतात. अँटेना वाढवण्याच्या इतर पध्दतींमध्ये मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर वेव्ह बँड्समधील सब्सट्रेट इंटिग्रेटेड वेव्हगाइड (SIW) तंत्रज्ञानाचा समावेश होतो, विशिष्ट WPT साठी. तथापि, उच्च-प्राप्त रेक्टेना अरुंद बीमविड्थद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत, ज्यामुळे अनियंत्रित दिशांमध्ये लहरींचे स्वागत अकार्यक्षम बनते. अँटेना घटक आणि पोर्ट्सच्या संख्येच्या तपासणीने निष्कर्ष काढला की उच्च डायरेक्टिव्हिटी त्रि-आयामी अनियंत्रित घटना गृहीत धरून सभोवतालच्या RFEH मध्ये उच्च कापणीच्या शक्तीशी संबंधित नाही; हे शहरी वातावरणातील फील्ड मापनांद्वारे सत्यापित केले गेले. उच्च-लाभ ॲरे 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. दुहेरी-पॅच अँटेना रिस्टबँड सभोवतालच्या Wi-Fi RFEH मधून दोन दिशांनी ऊर्जा काढण्यासाठी प्रस्तावित आहे. सभोवतालचे सेल्युलर RFEH अँटेना देखील 3D बॉक्स म्हणून डिझाइन केलेले आहेत आणि सिस्टीम क्षेत्र कमी करण्यासाठी आणि बहु-दिशात्मक कापणी सक्षम करण्यासाठी बाह्य पृष्ठभागावर मुद्रित किंवा चिकटलेले आहेत. क्यूबिक रेक्टेना स्ट्रक्चर्स सभोवतालच्या RFEH मध्ये ऊर्जा रिसेप्शनची उच्च संभाव्यता प्रदर्शित करतात.
2.4 GHz, 4 × 1 ॲरेवर WPT सुधारण्यासाठी सहायक परजीवी पॅच घटकांसह बीमविड्थ वाढवण्यासाठी अँटेना डिझाइनमध्ये सुधारणा करण्यात आल्या. एकाधिक बीम क्षेत्रांसह 6 GHz जाळीचा अँटेना देखील प्रस्तावित करण्यात आला होता, जो प्रति पोर्ट एकाधिक बीम प्रदर्शित करतो. मल्टी-पोर्ट, मल्टी-रेक्टिफायर सरफेस रेक्टेना आणि सर्व दिशात्मक रेडिएशन पॅटर्नसह एनर्जी हार्वेस्टिंग अँटेना बहु-दिशात्मक आणि बहु-ध्रुवीकृत RFEH साठी प्रस्तावित केले आहेत. बीमफॉर्मिंग मॅट्रिक्स आणि मल्टी-पोर्ट अँटेना ॲरेसह मल्टी-रेक्टिफायर्स उच्च-लाभ, बहु-दिशात्मक ऊर्जा काढणीसाठी देखील प्रस्तावित आहेत.
सारांश, कमी RF घनतेतून काढलेली उर्जा सुधारण्यासाठी उच्च-लाभ देणाऱ्या अँटेनाला प्राधान्य दिले जात असताना, ट्रान्समीटरची दिशा अज्ञात असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये (उदा. सभोवतालचे RFEH किंवा WPT अज्ञात प्रसार चॅनेलद्वारे) उच्च दिशात्मक रिसीव्हर्स आदर्श असू शकत नाहीत. या कामात, बहु-दिशात्मक उच्च-लाभ WPT आणि RFEH साठी एकाधिक-बीम पद्धती प्रस्तावित आहेत.
2. अँटेना ध्रुवीकरण
अँटेना ध्रुवीकरण अँटेना प्रसार दिशाशी संबंधित इलेक्ट्रिक फील्ड वेक्टरच्या हालचालीचे वर्णन करते. ध्रुवीकरणाच्या विसंगतीमुळे मुख्य लोब दिशानिर्देश संरेखित असताना देखील अँटेना दरम्यानचे प्रसारण/रिसेप्शन कमी होऊ शकते. उदाहरणार्थ, जर अनुलंब एलपी अँटेना ट्रान्समिशनसाठी वापरला असेल आणि क्षैतिज एलपी अँटेना रिसेप्शनसाठी वापरला असेल, तर कोणतीही शक्ती प्राप्त होणार नाही. या विभागात, वायरलेस रिसेप्शन कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी आणि ध्रुवीकरण विसंगत नुकसान टाळण्याच्या अहवाल पद्धतींचे पुनरावलोकन केले आहे. ध्रुवीकरणाच्या संदर्भात प्रस्तावित रेक्टेना आर्किटेक्चरचा सारांश आकृती 6 मध्ये दिलेला आहे आणि उदाहरण SoA सारणी 4 मध्ये दिले आहे.
आकृती 6
सेल्युलर कम्युनिकेशन्समध्ये, बेस स्टेशन्स आणि मोबाईल फोन्समधील रेखीय ध्रुवीकरण संरेखन साध्य होण्याची शक्यता नाही, म्हणून ध्रुवीकरणाचे जुळणारे नुकसान टाळण्यासाठी बेस स्टेशन अँटेना दुहेरी-ध्रुवीकरण किंवा बहु-ध्रुवीकरण करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. तथापि, मल्टिपाथ इफेक्ट्समुळे LP लहरींचे ध्रुवीकरण बदल ही एक न सुटलेली समस्या आहे. बहु-ध्रुवीकृत मोबाइल बेस स्टेशनच्या गृहीतकेवर आधारित, सेल्युलर RFEH अँटेना LP अँटेना म्हणून डिझाइन केले आहेत.
CP रेक्टेना मुख्यत्वे WPT मध्ये वापरले जातात कारण ते तुलनेने जुळण्यास प्रतिरोधक असतात. CP अँटेना वीज हानी न होता सर्व LP लहरींव्यतिरिक्त समान रोटेशन दिशा (डाव्या हाताने किंवा उजव्या हाताने CP) सह CP रेडिएशन प्राप्त करण्यास सक्षम आहेत. कोणत्याही परिस्थितीत, CP अँटेना प्रसारित करते आणि LP अँटेना 3 डीबी नुकसान (50% पॉवर लॉस) सह प्राप्त करते. CP रेक्टेना 900 MHz आणि 2.4 GHz आणि 5.8 GHz औद्योगिक, वैज्ञानिक आणि वैद्यकीय बँड तसेच मिलिमीटर लहरींसाठी योग्य असल्याचे नोंदवले जाते. अनियंत्रितपणे ध्रुवीकृत लहरींच्या RFEH मध्ये, ध्रुवीकरण विविधता ध्रुवीकरणाच्या विसंगत नुकसानासाठी संभाव्य उपाय दर्शवते.
संपूर्ण ध्रुवीकरण, ज्याला बहु-ध्रुवीकरण देखील म्हणतात, ध्रुवीकरणाच्या विसंगत नुकसानांवर पूर्णपणे मात करण्यासाठी प्रस्तावित केले गेले आहे, ज्यामुळे CP आणि LP दोन्ही लहरींचे संकलन सक्षम होते, जेथे दोन दुहेरी-ध्रुवीकरण ऑर्थोगोनल एलपी घटक प्रभावीपणे सर्व LP आणि CP लहरी प्राप्त करतात. हे स्पष्ट करण्यासाठी, ध्रुवीकरण कोनाकडे दुर्लक्ष करून अनुलंब आणि क्षैतिज निव्वळ व्होल्टेज (VV आणि VH) स्थिर राहतात:
CP इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह “E” इलेक्ट्रिक फील्ड, जिथे वीज दोनदा (प्रति युनिट एकदा) संकलित केली जाते, त्याद्वारे CP घटक पूर्णपणे प्राप्त होतो आणि 3 dB ध्रुवीकरण विसंगत नुकसानावर मात करतो:
शेवटी, DC संयोजनाद्वारे, अनियंत्रित ध्रुवीकरणाच्या घटना लहरी प्राप्त केल्या जाऊ शकतात. आकृती 7 रिपोर्ट केलेल्या पूर्ण ध्रुवीकृत रेक्टेनाची भूमिती दर्शवते.
आकृती 7
सारांश, समर्पित पॉवर सप्लाय असलेल्या WPT ऍप्लिकेशन्समध्ये, CP ला प्राधान्य दिले जाते कारण ते ऍन्टीनाच्या ध्रुवीकरण कोनाकडे दुर्लक्ष करून WPT कार्यक्षमता सुधारते. दुसरीकडे, बहु-स्रोत संपादनामध्ये, विशेषत: सभोवतालच्या स्त्रोतांकडून, पूर्णपणे ध्रुवीकृत अँटेना अधिक चांगले एकूण रिसेप्शन आणि जास्तीत जास्त पोर्टेबिलिटी प्राप्त करू शकतात; मल्टी-पोर्ट/मल्टी-रेक्टिफायर आर्किटेक्चर्सना RF किंवा DC वर पूर्णपणे ध्रुवीकृत पॉवर एकत्र करणे आवश्यक आहे.
सारांश
हा पेपर RFEH आणि WPT साठी अँटेना डिझाइनमधील अलीकडील प्रगतीचा आढावा घेतो आणि RFEH आणि WPT साठी ऍन्टीना डिझाइनचे मानक वर्गीकरण प्रस्तावित करतो जे मागील साहित्यात प्रस्तावित केले गेले नाही. उच्च आरएफ-टू-डीसी कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी तीन मूलभूत अँटेना आवश्यकता ओळखल्या गेल्या आहेत:
1. स्वारस्य असलेल्या RFEH आणि WPT बँडसाठी अँटेना रेक्टिफायर प्रतिबाधा बँडविड्थ;
2. समर्पित फीडमधून WPT मध्ये ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर दरम्यान मुख्य लोब संरेखन;
3. कोन आणि स्थितीची पर्वा न करता रेक्टेना आणि घटना तरंग यांच्यातील ध्रुवीकरण जुळणे.
प्रतिबाधाच्या आधारे, रेक्टेना 50Ω आणि रेक्टिफायर संयुग्मित रेक्टेनामध्ये वर्गीकृत केले जातात, भिन्न बँड आणि भारांमधील प्रतिबाधा जुळण्यावर आणि प्रत्येक जुळण्याच्या पद्धतीच्या कार्यक्षमतेवर लक्ष केंद्रित केले जाते.
डायरेक्टिव्हिटी आणि ध्रुवीकरणाच्या दृष्टीकोनातून SoA रेक्टेनासच्या रेडिएशन वैशिष्ट्यांचे पुनरावलोकन केले गेले आहे. अरुंद बीमविड्थवर मात करण्यासाठी बीमफॉर्मिंग आणि पॅकेजिंगद्वारे नफा सुधारण्याच्या पद्धतींवर चर्चा केली आहे. शेवटी, WPT आणि RFEH साठी ध्रुवीकरण-स्वतंत्र रिसेप्शन प्राप्त करण्यासाठी विविध अंमलबजावणीसह, WPT साठी CP रेक्टेनाचे पुनरावलोकन केले जाते.
अँटेनाबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया भेट द्या:
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-16-2024
