1. Hordhac
Goosashada tamarta ee raadiyaha (RF) (RFEH) iyo wareejinta awoodda wireless-ka ee shucaaca (WPT) ayaa soo jiitay xiiso weyn iyagoo ah habab lagu gaaro shabakadaha wireless-ka ee waara ee aan baytari lahayn. Reektana waa aasaaska nidaamyada WPT iyo RFEH waxayna saameyn weyn ku leeyihiin awoodda DC ee la gaarsiiyo culayska. Qaybaha anteenada ee reektana si toos ah ayay u saameeyaan hufnaanta goosashada, taas oo kala duwanaan karta awoodda la goostay iyadoo loo eegayo dhowr heer oo baaxad leh. Warqaddani waxay dib u eegaysaa naqshadaha anteenada ee loo adeegsaday codsiyada WPT iyo RFEH ee deegaanka. Reektana-yada la soo sheegay waxaa loo kala saaraa laba shuruudood oo waaweyn: ballaca hagaajinta antenada iyo astaamaha shucaaca ee anteenada. Shuruudo kasta, tirada mudnaanta (FoM) ee codsiyada kala duwan ayaa la go'aamiyaa oo dib loo eegaa si isbarbardhig ah.
WPT waxaa soo jeedisay Tesla horraantii qarnigii 20aad iyadoo ah hab lagu gudbiyo kumanaan faras oo awood leh. Ereyga rectenna, kaas oo qeexaya anteeno ku xiran hagaajiye si loo helo awoodda RF, ayaa soo ifbaxay 1950-meeyadii codsiyada gudbinta awoodda microwave-ka hawada sare iyo in la shido diyaaradaha aan duuliyaha lahayn ee iskiis u shaqeeya. WPT-ga oo dhan-wareegga ah, oo masaafada dheer ah waxaa xaddidaya sifooyinka jireed ee habka faafinta (hawada). Sidaa darteed, WPT-ga ganacsiga waxaa inta badan ku xaddidan yahay wareejinta awoodda aan shucaaca ahayn ee u dhow goobta ee loogu talagalay dallacaadda elektaroonigga macaamiisha ee wireless-ka ah ama RFID.
Maadaama isticmaalka korontada ee aaladaha semiconductor-ka iyo qanjidhada dareemayaasha wireless-ka ay sii yaraanayaan, waxay noqoneysaa mid aad u macquul ah in qanjidhada dareemayaasha lagu shido iyadoo la adeegsanayo RFEH ku wareegsan ama la isticmaalayo gudbiyeyaal awood yar oo awood leh oo baahsan. Nidaamyada korontada wireless-ka ee awoodda yar leh badanaa waxay ka kooban yihiin dhammaadka hore ee helitaanka RF, maaraynta awoodda DC iyo xusuusta, iyo microprocessor iyo gudbiye awood yar leh.
Jaantuska 1aad wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka guntinka bilaa-waayirka ah ee RFEH iyo hirgelinta hore ee RF ee sida caadiga ah loo soo sheego. Waxtarka dhammaadka-ilaa-dhammaadka ee nidaamka korontada bilaa-waayirka ah iyo qaab-dhismeedka shabakadda macluumaadka bilaa-waayirka ah ee la isku-dubaridka iyo wareejinta awoodda waxay ku xiran tahay waxqabadka qaybaha gaarka ah, sida anteenooyinka, hagaajiyeyaasha, iyo wareegyada maaraynta awoodda. Dhowr sahan suugaaneed ayaa loo sameeyay qaybo kala duwan oo nidaamka ah. Shaxda 1aad waxay soo koobaysaa marxaladda beddelka awoodda, qaybaha muhiimka ah ee beddelka awoodda wax ku oolka ah, iyo sahaminta suugaanta ee la xidhiidha qayb kasta. Suugaanta dhowaan waxay diiradda saareysaa tignoolajiyada beddelka awoodda, topolojiyada hagaajiyaha, ama RFEH-ka shabakadda ka warqaba.
Jaantuska 1aad
Si kastaba ha ahaatee, naqshadeynta anteenada looma tixgeliyo inay tahay qayb muhiim ah oo ku jirta RFEH. Inkasta oo suugaanta qaar ay tixgeliso baaxadda anteenada iyo hufnaanta aragti guud ama aragti naqshad anteeno gaar ah, sida anteenooyinka yaryar ama kuwa la xiran karo, saameynta xuduudaha anteenada qaarkood ee ku aaddan soo dhaweynta awoodda iyo hufnaanta beddelka si faahfaahsan looma falanqeyn.
Warqaddani waxay dib u eegaysaa farsamooyinka naqshadeynta anteenada ee rectang-ka iyadoo ujeedadu tahay in la kala saaro caqabadaha naqshadeynta anteenada gaarka ah ee RFEH iyo WPT laga sooco naqshadda anteenada isgaarsiinta caadiga ah. Anteenooyinka waxaa laga barbar dhigaa laba dhinac: isbarbardhigga is-dhexgalka dhammaadka-ilaa-dhamaadka iyo astaamaha shucaaca; kiis kasta, FoM waxaa lagu aqoonsadaa oo lagu qiimeeyaa anteenooyinka casriga ah (SoA).
2. Ballaca iyo Iswaafajinta: Shabakadaha RF ee aan ahayn 50Ω
Caqabadda astaamaha ah ee 50Ω waa tixgelin hore oo ku saabsan tanaasulka u dhexeeya hoos u dhigista iyo awoodda codsiyada injineernimada microwave-ka. Anteenooyinka, ballaca cadhada waxaa lagu qeexaa heerka soo noqnoqda halkaas oo awoodda milicsan ay ka yar tahay 10% (S11< − 10 dB). Maadaama amplifiers-ka buuqa hooseeya (LNAs), amplifiers-ka awoodda, iyo dareemayaasha waxaa caadi ahaan loogu talagalay iswaafajinta cadhada gelinta 50Ω, isha 50Ω waxaa si caadi ah loogu tixraacaa.
Rekta, wax soo saarka anteenada waxaa si toos ah loogu shubaa hagaajiyaha, iyo aan toosnayn ee diode-ka waxay keentaa kala duwanaansho weyn oo ku yimaada is-hortaagga gelinta, iyadoo qaybta awoodda leh ay ku badan tahay. Haddii anteeno 50Ω ah la isticmaalo, caqabadda ugu weyni waa in la sameeyo shabakad is-waafajin RF dheeraad ah si loogu beddelo is-hortaagga gelinta is-waafajinta inta jeer ee xiisaha leh loona hagaajiyo heer awood gaar ah. Xaaladdan, is-waafajinta is-waafajinta dhammaadka-ilaa-dhammaadka ayaa loo baahan yahay si loo hubiyo beddelka RF ilaa DC ee hufan. Sidaa darteed, inkastoo anteenooyinku ay gaari karaan is-waafajin aragti ahaan aan dhammaad lahayn ama aad u ballaaran iyagoo adeegsanaya walxo xilliyeed ama joomatari is-dhammaystiran, is-waafajinta is-waafajinta waxaa caqabad ku noqon doona shabakadda is-waafajinta sixitaanka.
Dhowr qaab-dhismeedka rectenna ayaa la soo jeediyay si loo gaaro goosashada hal-xariiq iyo multi-band ama WPT iyadoo la yareynayo milicsiga iyo kordhinta wareejinta awoodda u dhaxaysa anteenada iyo hagaajiyaha. Jaantuska 2aad wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka qaab-dhismeedka rectenna ee la soo sheegay, oo lagu kala saaray qaab-dhismeedka is-waafajinta impedance-ka. Shaxda 2aad waxay muujinaysaa tusaalooyin ku saabsan rectennas-ka waxqabadka sare leh marka loo eego bandwidth-ka dhammaadka-ilaa-dhammaadka (kiiskan, FoM) ee qayb kasta.
Jaantuska 2aad Qaab-dhismeedka Reegga marka laga eego aragtida baaxadda iyo iswaafajinta impedance-ka. (a) Reegga hal-xagal leh anteeno caadi ah. (b) Reegga badan-xagal leh (oo ka kooban anteenooyin badan oo isku xiran) oo leh hal hagaajiye iyo shabakad isku mid ah halkii xagal. (c) Reegga ballaaran leh oo leh dekedo RF badan iyo shabakado isku mid ah oo kala duwan oo loogu talagalay koox kasta. (d) Reegga ballaaran leh oo leh anteeno ballaaran iyo shabakad isku mid ah oo ballaaran. (e) Reegga hal-xagal leh oo isticmaalaya anteeno yar oo koronto ahaan si toos ah ugu habboon hagaajiyaha. (f) Anteeno hal-xagal leh oo koronto ahaan weyn oo leh is-waafajin adag si loogu xidho hagaajiyaha. (g) Reegga ballaaran leh is-waafajin adag si loogu xidho hagaajiyaha iyada oo loo marayo tiro badan oo soo noqnoqosho ah.
In kasta oo WPT iyo RFEH-ga deegaanka ee ka imanaya quudinta gaarka ah ay yihiin codsiyo rectenna oo kala duwan, gaarista isku-xidhka dhammaadka-ilaa-dhamaadka ee u dhexeeya anteenada, hagaajiyaha iyo culayska ayaa aasaasi u ah in la gaaro hufnaan beddel awood sare leh (PCE) marka laga eego dhinaca bandwidth-ka. Si kastaba ha ahaatee, rectenna WPT waxay si aad ah diiradda u saartaa sidii loo gaari lahaa isku-xidhka qodobka tayada sare leh (S11 hoose) si loo horumariyo PCE-ga hal-band heerarka awoodda qaarkood (topologies a, e iyo f). Ballaca ballaaran ee WPT-ga hal-band wuxuu hagaajiyaa difaaca nidaamka ee ka-saarista, cilladaha soo saarista iyo dulinnada baakadaha. Dhanka kale, rectenna RFEH waxay mudnaanta siisaa hawlgalka multi-band waxayna ka tirsan tahay topologies bd iyo g, maadaama cufnaanta spectral spectral (PSD) ee hal band guud ahaan ay hooseyso.
3. Naqshadeynta anteenada leydiga ah
1. Rektorka hal-soo-noqnoqodka ah
Naqshadeynta anteenada ee rectenna-ka hal-soo-noqnoqodka ah (topology A) waxay inta badan ku salaysan tahay naqshadda anteenada caadiga ah, sida polarization-ka toosan (LP) ama balastar shucaaca wareegsan (CP) oo ku taal diyaaradda dhulka, anteenada dipole iyo anteenada F ee rogan. Rectenna-ka kala duwan wuxuu ku salaysan yahay isku-darka DC ee lagu habeeyey cutubyo anteeno badan ama isku-darka isku-dhafka DC iyo RF ee cutubyo badan oo balastar ah.
Maadaama anteenooyin badan oo la soo jeediyay ay yihiin anteenooyin hal-soo-noqnoqdo ah oo buuxiya shuruudaha WPT-ga hal-soo-noqnoqdo ah, marka la raadinayo RFEH-ga deegaanka ee badan-soo-noqnoqdo ah, anteenooyin hal-soo-noqnoqdo ah oo badan ayaa lagu daraa rectans-ka badan-band (topology B) oo leh xakamaynta isku-xidhka labada dhinac ah iyo isku-darka DC ee madaxbannaan ka dib wareegga maaraynta awoodda si gebi ahaanba looga sooco wareegga helitaanka RF iyo wareegga beddelka. Tani waxay u baahan tahay wareegyo badan oo maaraynta awoodda ah oo loogu talagalay koox kasta, taas oo yarayn karta waxtarka qalabka wax-beddelka kor u qaadaya sababtoo ah awoodda DC ee hal-band ayaa hooseysa.
2. Anteenooyinka RFEH ee badan iyo kuwa ballaaran
RFEH-ga deegaanka badanaa waxaa lala xiriiriyaa helitaanka band-yada badan; sidaa darteed, farsamooyin kala duwan ayaa la soo jeediyay si loo hagaajiyo ballaca naqshadaha anteenooyinka caadiga ah iyo hababka loo sameeyo antenada laba-band ama band-ka ah. Qaybtan, waxaan dib u eegaynaa naqshadaha anteenada gaarka ah ee RFEH-yada, iyo sidoo kale anteenooyinka band-yada badan ee caadiga ah oo leh awood loo isticmaali karo sidii rectangals.
Anteenooyinka monopole-ka ee Coplanar (CPW) waxay ku fadhiyaan meel ka yar anteenooyinka balastar microstrip isla soo noqnoqosha waxayna soo saaraan hirarka LP ama CP, waxaana badanaa loo isticmaalaa rektorrada deegaanka ee ballaaran. Diyaaradaha milicsiga waxaa loo isticmaalaa in lagu kordhiyo go'doominta iyo in la hagaajiyo faa'iidada, taasoo keenta qaababka shucaaca oo la mid ah anteenooyinka balastar. Anteenooyinka hagaha mawjadaha ee koplanar-ka ah ee daloolka leh ayaa loo isticmaalaa in lagu hagaajiyo ballaca is-hortaagga ee bandyada soo noqnoqda badan, sida 1.8–2.7 GHz ama 1–3 GHz. Anteenooyinka booska ee isku xiran iyo anteenooyinka balastar ayaa sidoo kale si caadi ah loogu isticmaalaa naqshadaha rektorrada badan. Jaantuska 3 wuxuu muujinayaa qaar ka mid ah anteenooyinka band-ka badan ee la soo sheegay ee isticmaala farsamo hagaajin band-ka ka badan hal.
Jaantuska 3aad
Iswaafajinta Impedance ee Anteenada-Hagaajiyaha
Ku habboonaanta anteenada 50Ω iyo hagaajiyaha aan toosanayn waa mid adag sababtoo ah is-hortaaggeeda gelinta aad ayuu ugu kala duwan yahay inta jeer ee la isticmaalo. Topologies-ka A iyo B (Jaantuska 2), shabakadda isku-dhafka ah ee caadiga ah waa isku-dhafka LC iyadoo la adeegsanayo walxaha la isku dhejiyay; si kastaba ha ahaatee, baaxadda isku-dhafka ah ee qaraabada ah badanaa way ka hooseysaa inta badan xargaha isgaarsiinta. Is-waafajinta hal-xariiqeed waxaa badanaa loo isticmaalaa xargaha microwave-ka iyo millimeter-mawjadaha ka hooseeya 6 GHz, rectangle-ka millimeter-mawjadaha ee la soo sheegay waxay leeyihiin baaxad cidhiidhi ah oo dabiici ah sababtoo ah baaxadda PCE-gooda waxaa caqabad ku ah xakamaynta is-waafajinta wax soo saarka, taas oo ka dhigaysa kuwo si gaar ah ugu habboon codsiyada hal-xariiqeed ee WPT ee kooxda aan shatiga haysan ee 24 GHz.
Rektanada ku jira topologies-ka C iyo D waxay leeyihiin shabakado isku-dhafan oo aad u adag. Shabakadaha isku-dhafka xariiqda ee si buuxda loo qaybiyey ayaa loo soo jeediyay is-waafajinta ballaaran, iyadoo la adeegsanayo wareegga gaaban ee RF/DC (shaandhada gudbinta) ee dekedda wax soo saarka ama kondensator xannibaya DC oo ah waddo soo celin ah oo loogu talagalay isku-dhafka diode. Qaybaha hagaajiyaha waxaa lagu beddeli karaa kondensarro isku-dhafan oo daabacan (PCB), kuwaas oo lagu sameeyay qalab otomaatig ah oo ganacsi. Shabakadaha kale ee isku-dhafka rektarrada ee ballaaran ee la soo sheegay waxay isku daraan walxo isku-dhafan si ay ugu habboonaadaan soo noqnoqoshada hoose iyo walxaha la qaybiyey si loo abuuro gaaban RF marka la gelinayo.
Kala duwanaanshaha is-hortaagga gelinta ee uu arkay culaysku iyada oo loo marayo isha (oo loo yaqaan farsamada jiidista isha) ayaa loo isticmaalay in lagu naqshadeeyo hagaajiye ballaaran oo leh 57% baaxadda qaraabada ah (1.25–2.25 GHz) iyo 10% PCE ka sarreeya marka la barbar dhigo wareegyada la isku duubay ama la qaybiyey. Inkasta oo shabakadaha isku-dhafan ay caadi ahaan loogu talagalay inay la jaanqaadaan anteenooyinka dhammaan baaxadda 50Ω, waxaa jira warbixino ku jira suugaanta halkaas oo anteenooyinka ballaaran lagu xiray hagaajiyeyaasha cidhiidhiga ah.
Shabakadaha isku-dhafka ah ee curiyayaasha isku-dhafan iyo kuwa qaybiya curiyayaasha ayaa si weyn loogu isticmaalay topologies C iyo D, iyadoo inductor-yada taxanaha ah iyo capacitors-ku ay yihiin curiyayaasha ugu badan ee la isticmaalo. Kuwaas waxay ka fogaadaan qaab-dhismeedka adag sida capacitors-ka isku-dhafan, kuwaas oo u baahan qaab-dhismeed iyo farsamayn sax ah marka loo eego khadadka microstrip-ka caadiga ah.
Awoodda gelinta ee hagaajiyaha ayaa saamaysa is-hortaagga gelinta sababtoo ah is-dhexgalka aan tooska ahayn ee diode-ka. Sidaa darteed, rectenna waxaa loogu talagalay in lagu kordhiyo PCE heer gaar ah oo awood gelin ah iyo is-hortaagga culayska. Maadaama diode-yadu ay yihiin is-hortaag sare oo awood leh oo ku yaal mawjadaha ka hooseeya 3 GHz, rectenna-yada ballaaran ee baabi'iya shabakadaha isku-dhafka ah ama yareeya wareegyada isku-dhafka fudud ayaa diiradda la saaray mawjadaha Prf>0 dBm iyo wixii ka sarreeya 1 GHz, maadaama diode-yadu ay leeyihiin is-hortaag yar oo awood leh waxaana si fiican loogu waafajin karaa anteenada, sidaas darteedna waxay ka fogaanayaan naqshadeynta anteenooyinka leh falcelinta gelinta >1,000Ω.
Iswaafajinta impedance-ka ee la qabsan karo ama dib loo habeyn karo ayaa lagu arkay rectangiyada CMOS, halkaas oo shabakadda isku-dhafka ahi ay ka kooban tahay bangiyada capacitor-ka ee ku-meel-gaarka ah iyo inductors-ka. Shabakadaha isku-dhafka CMOS ee taagan ayaa sidoo kale loo soo jeediyay anteenooyinka caadiga ah ee 50Ω iyo sidoo kale anteenooyinka wareega ee wadajirka ah. Waxaa la soo sheegay in dareemayaasha awoodda CMOS ee aan firfircoonayn loo isticmaalo in lagu xakameeyo furayaasha u jiheeya wax soo saarka anteenada sixayaasha kala duwan iyo shabakadaha isku-dhafka ah iyadoo ku xiran awoodda la heli karo. Shabakad isku-dhafan oo dib loo habeyn karo oo adeegsanaysa capacitors-ka la hagaajin karo ayaa la soo jeediyay, taas oo lagu hagaajinayo hagaajinta iyadoo la cabbirayo impedance-ka gelinta iyadoo la adeegsanayo falanqeeye shabakad vector ah. Shabakadaha isku-dhafka microstrip ee dib loo habeyn karo, furayaasha transistor-ka saamaynta goobta ayaa loo isticmaalay in lagu hagaajiyo xoqidda isku-dhafka si loo gaaro astaamo laba-xagal ah.
Si aad wax badan uga barato anteenooyinka, fadlan booqo:
Waqtiga boostada: Agoosto-09-2024
