యాంటెన్నా-రెక్టిఫైయర్ కో-డిజైన్
చిత్రం 2లో EG టోపోలాజీని అనుసరించే రెక్టెన్నాల లక్షణం ఏమిటంటే, యాంటెన్నా 50Ω ప్రమాణానికి బదులుగా రెక్టిఫైయర్‌కు నేరుగా సరిపోలుతుంది, దీనికి రెక్టిఫైయర్‌కు శక్తినివ్వడానికి మ్యాచింగ్ సర్క్యూట్‌ను తగ్గించడం లేదా తొలగించడం అవసరం. ఈ విభాగం 50Ω కాని యాంటెన్నాలు మరియు సరిపోలిక నెట్‌వర్క్‌లు లేని రెక్టెన్నాలతో SoA రెక్టెన్నాల ప్రయోజనాలను సమీక్షిస్తుంది.
1. విద్యుత్తుపరంగా చిన్న యాంటెన్నాలు
సిస్టమ్ పరిమాణం కీలకమైన అప్లికేషన్లలో LC రెసొనెంట్ రింగ్ యాంటెన్నాలు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. 1 GHz కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద, తరంగదైర్ఘ్యం ప్రామాణిక పంపిణీ చేయబడిన మూలకం యాంటెన్నాలు సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం పరిమాణం కంటే ఎక్కువ స్థలాన్ని ఆక్రమించడానికి కారణం కావచ్చు మరియు బాడీ ఇంప్లాంట్‌ల కోసం పూర్తిగా ఇంటిగ్రేటెడ్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల వంటి అప్లికేషన్‌లు ముఖ్యంగా WPT కోసం విద్యుత్తుగా చిన్న యాంటెన్నాలను ఉపయోగించడం నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి.
చిన్న యాంటెన్నా (సమీప ప్రతిధ్వని) యొక్క అధిక ఇండక్టివ్ ఇంపెడెన్స్‌ను రెక్టిఫైయర్‌ను నేరుగా జత చేయడానికి లేదా అదనపు ఆన్-చిప్ కెపాసిటివ్ మ్యాచింగ్ నెట్‌వర్క్‌తో ఉపయోగించవచ్చు. హ్యూజెన్స్ డైపోల్ యాంటెన్నాలను ఉపయోగించి 1 GHz కంటే తక్కువ LP మరియు CPతో WPTలో విద్యుత్పరంగా చిన్న యాంటెన్నాలు నివేదించబడ్డాయి, ka=0.645తో, సాధారణ డైపోల్స్‌లో ka=5.91తో (ka=2πr/λ0).
2. రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ యాంటెన్నా
డయోడ్ యొక్క సాధారణ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ అధిక కెపాసిటివ్‌గా ఉంటుంది, కాబట్టి కంజుగేట్ ఇంపెడెన్స్‌ను సాధించడానికి ఇండక్టివ్ యాంటెన్నా అవసరం. చిప్ యొక్క కెపాసిటివ్ ఇంపెడెన్స్ కారణంగా, అధిక ఇంపెడెన్స్ ఇండక్టివ్ యాంటెన్నాలు RFID ట్యాగ్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. డైపోల్ యాంటెన్నాలు ఇటీవల సంక్లిష్ట ఇంపెడెన్స్ RFID యాంటెన్నాలలో ఒక ట్రెండ్‌గా మారాయి, వాటి ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ దగ్గర అధిక ఇంపెడెన్స్ (నిరోధకత మరియు రియాక్టన్స్) ప్రదర్శిస్తాయి.
ఆసక్తి ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో రెక్టిఫైయర్ యొక్క అధిక కెపాసిటెన్స్‌ను సరిపోల్చడానికి ఇండక్టివ్ డైపోల్ యాంటెన్నాలను ఉపయోగించారు. మడతపెట్టిన డైపోల్ యాంటెన్నాలో, డబుల్ షార్ట్ లైన్ (డైపోల్ ఫోల్డింగ్) ఒక ఇంపెడెన్స్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది చాలా ఎక్కువ ఇంపెడెన్స్ యాంటెన్నా రూపకల్పనను అనుమతిస్తుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా, బయాస్ ఫీడింగ్ ఇండక్టివ్ రియాక్టెన్స్‌ను అలాగే వాస్తవ ఇంపెడెన్స్‌ను పెంచడానికి బాధ్యత వహిస్తుంది. బహుళ బయాస్డ్ డైపోల్ ఎలిమెంట్‌లను అసమతుల్య బౌ-టై రేడియల్ స్టబ్‌లతో కలపడం వలన డ్యూయల్ బ్రాడ్‌బ్యాండ్ హై ఇంపెడెన్స్ యాంటెన్నా ఏర్పడుతుంది. ఫిగర్ 4 కొన్ని నివేదించబడిన రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ యాంటెన్నాలను చూపిస్తుంది.
చిత్రం 4
RFEH మరియు WPT లలో రేడియేషన్ లక్షణాలు
Friis మోడల్‌లో, ట్రాన్స్మిటర్ నుండి d దూరంలో యాంటెన్నా అందుకున్న పవర్ PRX అనేది రిసీవర్ మరియు ట్రాన్స్మిటర్ లాభాల (GRX, GTX) యొక్క ప్రత్యక్ష విధి.
యాంటెన్నా యొక్క ప్రధాన లోబ్ డైరెక్టివిటీ మరియు ధ్రువణత సంఘటన తరంగం నుండి సేకరించిన శక్తి మొత్తాన్ని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయి. యాంటెన్నా రేడియేషన్ లక్షణాలు పరిసర RFEH మరియు WPT ల మధ్య తేడాను గుర్తించే కీలక పారామితులు (మూర్తి 5). రెండు అనువర్తనాల్లోనూ ప్రచార మాధ్యమం తెలియకపోవచ్చు మరియు అందుకున్న తరంగంపై దాని ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవలసి ఉంటుంది, ప్రసార యాంటెన్నా యొక్క జ్ఞానాన్ని ఉపయోగించుకోవచ్చు. ఈ విభాగంలో చర్చించబడిన కీలక పారామితులను మరియు RFEH మరియు WPT లకు వాటి వర్తించే సామర్థ్యాన్ని పట్టిక 3 గుర్తిస్తుంది.
చిత్రం 5
1. దిశ మరియు లాభం
చాలా RFEH మరియు WPT అప్లికేషన్లలో, కలెక్టర్‌కు సంఘటన రేడియేషన్ దిశ తెలియదని మరియు లైన్-ఆఫ్-సైట్ (LoS) మార్గం లేదని భావించబడుతుంది. ఈ పనిలో, ట్రాన్స్మిటర్ మరియు రిసీవర్ మధ్య ప్రధాన లోబ్ అమరికతో సంబంధం లేకుండా, తెలియని మూలం నుండి అందుకున్న శక్తిని పెంచడానికి బహుళ యాంటెన్నా డిజైన్‌లు మరియు ప్లేస్‌మెంట్‌లు పరిశోధించబడ్డాయి.
పర్యావరణ RFEH రెక్టెన్నాలలో ఓమ్నిడైరెక్షనల్ యాంటెన్నాలు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. సాహిత్యంలో, PSD యాంటెన్నా యొక్క విన్యాసాన్ని బట్టి మారుతుంది. అయితే, శక్తిలో వైవిధ్యం వివరించబడలేదు, కాబట్టి వైవిధ్యం యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ నమూనా వల్ల జరిగిందా లేదా ధ్రువణ అసమతుల్యత వల్ల జరిగిందా అని నిర్ధారించడం సాధ్యం కాదు.
RFEH అప్లికేషన్లతో పాటు, తక్కువ RF పవర్ డెన్సిటీ యొక్క సేకరణ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి లేదా ప్రచార నష్టాలను అధిగమించడానికి మైక్రోవేవ్ WPT కోసం హై-గెయిన్ డైరెక్షనల్ యాంటెన్నాలు మరియు శ్రేణులు విస్తృతంగా నివేదించబడ్డాయి. యాగి-ఉడా రెక్టెన్నా శ్రేణులు, బౌటీ శ్రేణులు, స్పైరల్ శ్రేణులు, టైట్లీ కపుల్డ్ వివాల్డి శ్రేణులు, CPW CP శ్రేణులు మరియు ప్యాచ్ శ్రేణులు ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతం కింద ఇన్సిడెంట్ పవర్ డెన్సిటీని పెంచగల స్కేలబుల్ రెక్టెన్నా అమలులలో ఉన్నాయి. యాంటెన్నా గెయిన్‌ను మెరుగుపరచడానికి ఇతర విధానాలలో WPTకి ప్రత్యేకమైన మైక్రోవేవ్ మరియు మిల్లీమీటర్ వేవ్ బ్యాండ్‌లలో సబ్‌స్ట్రేట్ ఇంటిగ్రేటెడ్ వేవ్‌గైడ్ (SIW) టెక్నాలజీ ఉన్నాయి. అయితే, హై-గెయిన్ రెక్టెన్నాలు ఇరుకైన బీమ్‌విడ్త్‌ల ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి, ఇది ఏకపక్ష దిశలలో తరంగాలను స్వీకరించడాన్ని అసమర్థంగా చేస్తుంది. యాంటెన్నా మూలకాలు మరియు పోర్ట్‌ల సంఖ్యపై పరిశోధనలు త్రిమితీయ ఏకపక్ష సంఘటనలను ఊహిస్తూ పరిసర RFEHలో అధిక డైరెక్టివిటీ అధిక హార్వెస్ట్డ్ పవర్‌కు అనుగుణంగా లేదని నిర్ధారించాయి; ఇది పట్టణ వాతావరణాలలో ఫీల్డ్ కొలతల ద్వారా ధృవీకరించబడింది. హై-గెయిన్ శ్రేణులను WPT అప్లికేషన్‌లకు పరిమితం చేయవచ్చు.
అధిక-లాభ యాంటెన్నాల ప్రయోజనాలను ఏకపక్ష RFEHలకు బదిలీ చేయడానికి, డైరెక్టివిటీ సమస్యను అధిగమించడానికి ప్యాకేజింగ్ లేదా లేఅవుట్ పరిష్కారాలను ఉపయోగిస్తారు. రెండు దిశలలో యాంబియంట్ Wi-Fi RFEHల నుండి శక్తిని సేకరించడానికి డ్యూయల్-ప్యాచ్ యాంటెన్నా రిస్ట్‌బ్యాండ్ ప్రతిపాదించబడింది. యాంబియంట్ సెల్యులార్ RFEH యాంటెన్నాలను 3D బాక్స్‌లుగా కూడా రూపొందించారు మరియు సిస్టమ్ వైశాల్యాన్ని తగ్గించడానికి మరియు బహుళ-దిశాత్మక హార్వెస్టింగ్‌ను ప్రారంభించడానికి బాహ్య ఉపరితలాలకు ముద్రించారు లేదా కట్టుబడి ఉంటారు. క్యూబిక్ రెక్టెన్నా నిర్మాణాలు యాంబియంట్ RFEHలలో శక్తి స్వీకరణ యొక్క అధిక సంభావ్యతను ప్రదర్శిస్తాయి.
2.4 GHz, 4 × 1 శ్రేణుల వద్ద WPTని మెరుగుపరచడానికి సహాయక పరాన్నజీవి ప్యాచ్ ఎలిమెంట్‌లతో సహా బీమ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి యాంటెన్నా డిజైన్‌లో మెరుగుదలలు చేయబడ్డాయి. బహుళ బీమ్ ప్రాంతాలతో కూడిన 6 GHz మెష్ యాంటెన్నా కూడా ప్రతిపాదించబడింది, ఇది పోర్ట్‌కు బహుళ బీమ్‌లను ప్రదర్శిస్తుంది. మల్టీ-డైరెక్షనల్ మరియు మల్టీ-పోలరైజ్డ్ RFEH కోసం మల్టీ-పోర్ట్, మల్టీ-రెక్టిఫైయర్ సర్ఫేస్ రెక్టెన్నాలు మరియు ఓమ్నిడైరెక్షనల్ రేడియేషన్ నమూనాలతో కూడిన ఎనర్జీ హార్వెస్టింగ్ యాంటెన్నాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి. బీమ్ఫార్మింగ్ మ్యాట్రిక్స్‌లు మరియు మల్టీ-పోర్ట్ యాంటెన్నా శ్రేణులతో కూడిన మల్టీ-రెక్టిఫైయర్‌లు అధిక-లాభం, బహుళ-దిశాత్మక శక్తి హార్వెస్టింగ్ కోసం కూడా ప్రతిపాదించబడ్డాయి.
సారాంశంలో, తక్కువ RF సాంద్రతల నుండి సేకరించిన శక్తిని మెరుగుపరచడానికి అధిక-గెయిన్ యాంటెన్నాలను ఇష్టపడతారు, ట్రాన్స్మిటర్ దిశ తెలియని అనువర్తనాల్లో అధిక దిశాత్మక రిసీవర్లు అనువైనవి కాకపోవచ్చు (ఉదాహరణకు, తెలియని ప్రచార మార్గాల ద్వారా పరిసర RFEH లేదా WPT). ఈ పనిలో, బహుళ-దిశాత్మక అధిక-గెయిన్ WPT మరియు RFEH కోసం బహుళ బహుళ-బీమ్ విధానాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి.
2. యాంటెన్నా ధ్రువణత
యాంటెన్నా పోలరైజేషన్ అనేది యాంటెన్నా ప్రచార దిశకు సంబంధించి విద్యుత్ క్షేత్ర వెక్టర్ యొక్క కదలికను వివరిస్తుంది. ప్రధాన లోబ్ దిశలు సమలేఖనం చేయబడినప్పటికీ, ధ్రువణ అసమతుల్యతలు యాంటెన్నాల మధ్య ప్రసారం/స్వీకరణ తగ్గడానికి దారితీయవచ్చు. ఉదాహరణకు, ప్రసారం కోసం నిలువు LP యాంటెన్నాను మరియు రిసెప్షన్ కోసం క్షితిజ సమాంతర LP యాంటెన్నాను ఉపయోగిస్తే, ఎటువంటి శక్తి అందదు. ఈ విభాగంలో, వైర్‌లెస్ రిసెప్షన్ సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి మరియు ధ్రువణ అసమతుల్య నష్టాలను నివారించడానికి నివేదించబడిన పద్ధతులు సమీక్షించబడ్డాయి. పోలరైజేషన్‌కు సంబంధించి ప్రతిపాదిత రెక్టెన్నా ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క సారాంశం చిత్రం 6లో ఇవ్వబడింది మరియు SoA ఉదాహరణ టేబుల్ 4లో ఇవ్వబడింది.
చిత్రం 6
సెల్యులార్ కమ్యూనికేషన్లలో, బేస్ స్టేషన్లు మరియు మొబైల్ ఫోన్‌ల మధ్య లీనియర్ పోలరైజేషన్ అలైన్‌మెంట్ సాధించడం అసంభవం, కాబట్టి బేస్ స్టేషన్ యాంటెన్నాలు ధ్రువణ అసమతుల్యత నష్టాలను నివారించడానికి ద్వంద్వ-ధ్రువణ లేదా బహుళ-ధ్రువణంగా రూపొందించబడ్డాయి. అయితే, మల్టీపాత్ ఎఫెక్ట్‌ల కారణంగా LP తరంగాల ధ్రువణ వైవిధ్యం పరిష్కారం కాని సమస్యగా మిగిలిపోయింది. బహుళ-ధ్రువణ మొబైల్ బేస్ స్టేషన్ల ఊహ ఆధారంగా, సెల్యులార్ RFEH యాంటెన్నాలు LP యాంటెన్నాలుగా రూపొందించబడ్డాయి.
CP రెక్టెన్నాలు ప్రధానంగా WPTలో ఉపయోగించబడతాయి ఎందుకంటే అవి అసమతుల్యతకు సాపేక్షంగా నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. CP యాంటెనాలు అన్ని LP తరంగాలతో పాటు ఒకే భ్రమణ దిశతో (ఎడమచేతి వాటం లేదా కుడిచేతి వాటం CP) CP రేడియేషన్‌ను స్వీకరించగలవు. ఏదైనా సందర్భంలో, CP యాంటెన్నా ప్రసారం చేస్తుంది మరియు LP యాంటెన్నా 3 dB నష్టంతో (50% విద్యుత్ నష్టం) అందుకుంటుంది. CP రెక్టెన్నాలు 900 MHz మరియు 2.4 GHz మరియు 5.8 GHz పారిశ్రామిక, శాస్త్రీయ మరియు వైద్య బ్యాండ్‌లకు అలాగే మిల్లీమీటర్ తరంగాలకు అనుకూలంగా ఉన్నాయని నివేదించబడింది. ఏకపక్ష ధ్రువణ తరంగాల RFEHలో, ధ్రువణ వైవిధ్యం ధ్రువణ అసమతుల్య నష్టాలకు సంభావ్య పరిష్కారాన్ని సూచిస్తుంది.
బహుళ-ధ్రువణం అని కూడా పిలువబడే పూర్తి ధ్రువణత, ధ్రువణ అసమతుల్య నష్టాలను పూర్తిగా అధిగమించడానికి ప్రతిపాదించబడింది, ఇది CP మరియు LP తరంగాల సేకరణను అనుమతిస్తుంది, ఇక్కడ రెండు ద్వంద్వ-ధ్రువణ ఆర్తోగోనల్ LP మూలకాలు అన్ని LP మరియు CP తరంగాలను సమర్థవంతంగా స్వీకరిస్తాయి. దీనిని వివరించడానికి, ధ్రువణ కోణంతో సంబంధం లేకుండా నిలువు మరియు క్షితిజ సమాంతర నికర వోల్టేజీలు (VV మరియు VH) స్థిరంగా ఉంటాయి:
CP విద్యుదయస్కాంత తరంగం "E" విద్యుత్ క్షేత్రం, ఇక్కడ విద్యుత్తు రెండుసార్లు (యూనిట్‌కు ఒకసారి) సేకరించబడుతుంది, తద్వారా CP భాగాన్ని పూర్తిగా స్వీకరిస్తుంది మరియు 3 dB ధ్రువణ అసమతుల్య నష్టాన్ని అధిగమిస్తుంది:
చివరగా, DC కలయిక ద్వారా, ఏకపక్ష ధ్రువణ సంఘటన తరంగాలను పొందవచ్చు. చిత్రం 7 నివేదించబడిన పూర్తిగా ధ్రువణ రెక్టెన్నా యొక్క జ్యామితిని చూపుతుంది.
చిత్రం 7
సారాంశంలో, అంకితమైన విద్యుత్ సరఫరాలతో కూడిన WPT అప్లికేషన్లలో, CP యాంటెన్నా యొక్క ధ్రువణ కోణంతో సంబంధం లేకుండా WPT సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది కాబట్టి దీనికి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. మరోవైపు, బహుళ-మూల సముపార్జనలో, ముఖ్యంగా పరిసర మూలాల నుండి, పూర్తిగా ధ్రువీకరించబడిన యాంటెనాలు మెరుగైన మొత్తం రిసెప్షన్ మరియు గరిష్ట పోర్టబిలిటీని సాధించగలవు; RF లేదా DC వద్ద పూర్తిగా ధ్రువీకరించబడిన శక్తిని కలపడానికి బహుళ-పోర్ట్/మల్టీ-రెక్టిఫైయర్ ఆర్కిటెక్చర్‌లు అవసరం.
సారాంశం
ఈ పత్రం RFEH మరియు WPT కోసం యాంటెన్నా రూపకల్పనలో ఇటీవలి పురోగతిని సమీక్షిస్తుంది మరియు మునుపటి సాహిత్యంలో ప్రతిపాదించబడని RFEH మరియు WPT కోసం యాంటెన్నా రూపకల్పన యొక్క ప్రామాణిక వర్గీకరణను ప్రతిపాదిస్తుంది. అధిక RF-to-DC సామర్థ్యాన్ని సాధించడానికి మూడు ప్రాథమిక యాంటెన్నా అవసరాలు గుర్తించబడ్డాయి:
1. ఆసక్తి ఉన్న RFEH మరియు WPT బ్యాండ్‌ల కోసం యాంటెన్నా రెక్టిఫైయర్ ఇంపెడెన్స్ బ్యాండ్‌విడ్త్;
2. అంకితమైన ఫీడ్ నుండి WPTలో ట్రాన్స్మిటర్ మరియు రిసీవర్ మధ్య ప్రధాన లోబ్ అమరిక;
3. కోణం మరియు స్థానంతో సంబంధం లేకుండా రెక్టెన్నా మరియు సంఘటన తరంగం మధ్య ధ్రువణ సరిపోలిక.
ఇంపెడెన్స్ ఆధారంగా, రెక్టెన్నాలను 50Ω మరియు రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ రెక్టెన్నాలుగా వర్గీకరిస్తారు, వివిధ బ్యాండ్‌లు మరియు లోడ్‌ల మధ్య ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ మరియు ప్రతి మ్యాచింగ్ పద్ధతి యొక్క సామర్థ్యంపై దృష్టి పెడతారు.
SoA రెక్టెన్నాల యొక్క రేడియేషన్ లక్షణాలను డైరెక్టివిటీ మరియు పోలరైజేషన్ దృక్కోణం నుండి సమీక్షించారు. ఇరుకైన బీమ్ వెడల్పును అధిగమించడానికి బీమ్ఫార్మింగ్ మరియు ప్యాకేజింగ్ ద్వారా లాభాన్ని మెరుగుపరచడానికి పద్ధతులు చర్చించబడ్డాయి. చివరగా, WPT మరియు RFEH కోసం పోలరైజేషన్-స్వతంత్ర రిసెప్షన్‌ను సాధించడానికి వివిధ అమలులతో పాటు, WPT కోసం CP రెక్టెన్నాలను సమీక్షిస్తారు.
యాంటెన్నాల గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, దయచేసి సందర్శించండి:
పోస్ట్ సమయం: ఆగస్టు-16-2024
