యాంటెన్నా-రెక్టిఫైయర్ కో-డిజైన్
మూర్తి 2లోని EG టోపోలాజీని అనుసరించే రెక్టెన్నాస్ యొక్క లక్షణం ఏమిటంటే, యాంటెన్నా 50Ω ప్రమాణానికి బదులుగా రెక్టిఫైయర్‌కు నేరుగా సరిపోలుతుంది, దీనికి రెక్టిఫైయర్‌కు శక్తినివ్వడానికి మ్యాచింగ్ సర్క్యూట్‌ను తగ్గించడం లేదా తొలగించడం అవసరం. ఈ విభాగం 50Ω యేతర యాంటెన్నాలు మరియు నెట్‌వర్క్‌లకు సరిపోలకుండా రెక్టెన్నాలతో SoA రెక్టెన్నాల ప్రయోజనాలను సమీక్షిస్తుంది.
1. ఎలక్ట్రికల్‌గా చిన్న యాంటెన్నాలు
LC రెసొనెంట్ రింగ్ యాంటెన్నాలు సిస్టమ్ పరిమాణం కీలకమైన అప్లికేషన్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. 1 GHz కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద, తరంగదైర్ఘ్యం ప్రామాణిక పంపిణీ మూలకం యాంటెన్నాలు సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం పరిమాణం కంటే ఎక్కువ స్థలాన్ని ఆక్రమించవచ్చు మరియు శరీర ఇంప్లాంట్‌ల కోసం పూర్తిగా సమీకృత ట్రాన్స్‌సీవర్‌ల వంటి అనువర్తనాలు ముఖ్యంగా WPT కోసం ఎలక్ట్రికల్‌గా చిన్న యాంటెన్నాల ఉపయోగం నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి.
చిన్న యాంటెన్నా (ప్రతిధ్వని సమీపంలో) యొక్క అధిక ప్రేరక అవరోధం నేరుగా రెక్టిఫైయర్‌ను జత చేయడానికి లేదా అదనపు ఆన్-చిప్ కెపాసిటివ్ మ్యాచింగ్ నెట్‌వర్క్‌తో ఉపయోగించబడుతుంది. హ్యూజెన్స్ డైపోల్ యాంటెన్నాలను ఉపయోగించి 1 GHz కంటే తక్కువ LP మరియు CP ఉన్న WPTలో విద్యుత్‌పరంగా చిన్న యాంటెనాలు నివేదించబడ్డాయి, ka=0.645తో, సాధారణ ద్విధ్రువాలలో ka=5.91 (ka=2πr/λ0).
2. రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ యాంటెన్నా
డయోడ్ యొక్క సాధారణ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ అధిక కెపాసిటివ్‌గా ఉంటుంది, కాబట్టి సంయోజిత ఇంపెడెన్స్‌ను సాధించడానికి ప్రేరక యాంటెన్నా అవసరం. చిప్ యొక్క కెపాసిటివ్ ఇంపెడెన్స్ కారణంగా, RFID ట్యాగ్‌లలో అధిక ఇంపెడెన్స్ ఇండక్టివ్ యాంటెన్నాలు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. డైపోల్ యాంటెన్నాలు ఇటీవల కాంప్లెక్స్ ఇంపెడెన్స్ RFID యాంటెన్నాలలో ట్రెండ్‌గా మారాయి, వాటి ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ దగ్గర అధిక ఇంపెడెన్స్ (నిరోధకత మరియు ప్రతిచర్య) ప్రదర్శిస్తాయి.
ఆసక్తి యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో రెక్టిఫైయర్ యొక్క అధిక కెపాసిటెన్స్‌తో సరిపోలడానికి ఇండక్టివ్ డైపోల్ యాంటెన్నాలు ఉపయోగించబడ్డాయి. మడతపెట్టిన డైపోల్ యాంటెన్నాలో, డబుల్ షార్ట్ లైన్ (డైపోల్ ఫోల్డింగ్) ఒక ఇంపెడెన్స్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది చాలా ఎక్కువ ఇంపెడెన్స్ యాంటెన్నా రూపకల్పనను అనుమతిస్తుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా, బయాస్ ఫీడింగ్ అనేది ఇండక్టివ్ రియాక్టెన్స్‌తో పాటు అసలు ఇంపెడెన్స్‌ను పెంచడానికి బాధ్యత వహిస్తుంది. అసమతుల్యమైన బో-టై రేడియల్ స్టబ్‌లతో బహుళ పక్షపాత ద్విధ్రువ మూలకాలను కలపడం వల్ల డ్యూయల్ బ్రాడ్‌బ్యాండ్ హై ఇంపెడెన్స్ యాంటెన్నా ఏర్పడుతుంది. మూర్తి 4 కొన్ని నివేదించబడిన రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ యాంటెన్నాలను చూపుతుంది.
చిత్రం 4
RFEH మరియు WPTలో రేడియేషన్ లక్షణాలు
ఫ్రైస్ మోడల్‌లో, ట్రాన్స్‌మిటర్ నుండి d దూరంలో ఉన్న యాంటెన్నా ద్వారా పొందిన పవర్ PRX అనేది రిసీవర్ మరియు ట్రాన్స్‌మిటర్ లాభాల (GRX, GTX) యొక్క ప్రత్యక్ష విధి.
యాంటెన్నా యొక్క ప్రధాన లోబ్ డైరెక్టివిటీ మరియు పోలరైజేషన్ సంఘటన తరంగం నుండి సేకరించిన శక్తి మొత్తాన్ని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయి. యాంటెన్నా రేడియేషన్ లక్షణాలు పరిసర RFEH మరియు WPT (మూర్తి 5) మధ్య తేడాను గుర్తించే కీలక పారామితులు. రెండు అనువర్తనాల్లో ప్రచార మాధ్యమం తెలియకపోవచ్చు మరియు స్వీకరించిన తరంగంపై దాని ప్రభావాన్ని పరిగణించాల్సిన అవసరం ఉంది, ప్రసారం చేసే యాంటెన్నా యొక్క జ్ఞానాన్ని ఉపయోగించుకోవచ్చు. టేబుల్ 3 ఈ విభాగంలో చర్చించబడిన కీలక పారామితులను మరియు RFEH మరియు WPTకి వాటి వర్తింపును గుర్తిస్తుంది.
మూర్తి 5
1. దర్శకత్వం మరియు లాభం
చాలా RFEH మరియు WPT అప్లికేషన్‌లలో, సంఘటన రేడియేషన్ యొక్క దిశ కలెక్టర్‌కు తెలియదని మరియు లైన్-ఆఫ్-సైట్ (LoS) మార్గం లేదని భావించబడుతుంది. ఈ పనిలో, ట్రాన్స్‌మిటర్ మరియు రిసీవర్ మధ్య ప్రధాన లోబ్ అలైన్‌మెంట్‌తో 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 ఆ వైవిధ్యం యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ నమూనా కారణంగా ఉందా లేదా ధ్రువణ అసమతుల్యత కారణంగా ఏర్పడిందా అని నిర్ధారించడం సాధ్యం కాదు.
RFEH అప్లికేషన్‌లతో పాటు, తక్కువ RF పవర్ డెన్సిటీ యొక్క సేకరణ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి లేదా ప్రచార నష్టాలను అధిగమించడానికి మైక్రోవేవ్ WPT కోసం అధిక-లాభం గల డైరెక్షనల్ యాంటెనాలు మరియు శ్రేణులు విస్తృతంగా నివేదించబడ్డాయి. Yagi-Uda రెక్టెన్నా శ్రేణులు, బౌటీ శ్రేణులు, స్పైరల్ శ్రేణులు, గట్టిగా కపుల్డ్ వివాల్డి శ్రేణులు, CPW CP శ్రేణులు మరియు ప్యాచ్ శ్రేణులు ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతంలో సంఘటన శక్తి సాంద్రతను పెంచగల స్కేలబుల్ రెక్టెన్నా అమలులలో ఉన్నాయి. యాంటెన్నా లాభం మెరుగుపరచడానికి ఇతర విధానాలు మైక్రోవేవ్ మరియు మిల్లీమీటర్ వేవ్ బ్యాండ్‌లలో సబ్‌స్ట్రేట్ ఇంటిగ్రేటెడ్ వేవ్‌గైడ్ (SIW) టెక్నాలజీని కలిగి ఉంటాయి, ఇవి WPTకి ప్రత్యేకమైనవి. అయినప్పటికీ, అధిక-లాభం కలిగిన రెక్టెన్నాలు ఇరుకైన బీమ్‌విడ్త్‌ల ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి, ఇది ఏకపక్ష దిశలలో తరంగాల స్వీకరణను అసమర్థంగా చేస్తుంది. యాంటెన్నా మూలకాలు మరియు పోర్ట్‌ల సంఖ్యపై జరిపిన పరిశోధనలు, పరిసర RFEHలో త్రిమితీయ ఏకపక్ష సంఘటనలను ఊహిస్తూ అధిక నిర్దేశకం అధిక హార్వెస్టెడ్ పవర్‌కు అనుగుణంగా లేదని నిర్ధారించింది; ఇది పట్టణ పరిసరాలలో క్షేత్ర కొలతల ద్వారా ధృవీకరించబడింది. అధిక-లాభం గల శ్రేణులను WPT అప్లికేషన్‌లకు పరిమితం చేయవచ్చు.
అధిక-లాభం కలిగిన యాంటెన్నాల ప్రయోజనాలను ఏకపక్ష RFEHలకు బదిలీ చేయడానికి, డైరెక్టివిటీ సమస్యను అధిగమించడానికి ప్యాకేజింగ్ లేదా లేఅవుట్ సొల్యూషన్‌లు ఉపయోగించబడతాయి. రెండు దిశలలో పరిసర Wi-Fi RFEHల నుండి శక్తిని సేకరించేందుకు డ్యూయల్-ప్యాచ్ యాంటెన్నా రిస్ట్‌బ్యాండ్ ప్రతిపాదించబడింది. యాంబియంట్ సెల్యులార్ RFEH యాంటెనాలు కూడా 3D బాక్స్‌లుగా రూపొందించబడ్డాయి మరియు సిస్టమ్ ప్రాంతాన్ని తగ్గించడానికి మరియు బహుళ-దిశాత్మక హార్వెస్టింగ్‌ని ప్రారంభించడానికి బాహ్య ఉపరితలాలకు ముద్రించబడతాయి లేదా కట్టుబడి ఉంటాయి. క్యూబిక్ రెక్టెన్నా నిర్మాణాలు పరిసర RFEHలలో శక్తి స్వీకరణ యొక్క అధిక సంభావ్యతను ప్రదర్శిస్తాయి.
2.4 GHz, 4 × 1 శ్రేణుల వద్ద WPTని మెరుగుపరచడానికి సహాయక పరాన్నజీవి ప్యాచ్ మూలకాలతో సహా బీమ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి యాంటెన్నా రూపకల్పనకు మెరుగుదలలు చేయబడ్డాయి. బహుళ బీమ్ ప్రాంతాలతో 6 GHz మెష్ యాంటెన్నా కూడా ప్రతిపాదించబడింది, ఒక్కో పోర్ట్‌కు బహుళ కిరణాలను ప్రదర్శిస్తుంది. మల్టీ-పోర్ట్, మల్టీ-రెక్టిఫైయర్ ఉపరితల రెక్టెన్నాలు మరియు ఓమ్నిడైరెక్షనల్ రేడియేషన్ నమూనాలతో శక్తి హార్వెస్టింగ్ యాంటెనాలు బహుళ-దిశాత్మక మరియు బహుళ-ధ్రువణ RFEH కోసం ప్రతిపాదించబడ్డాయి. బీమ్‌ఫార్మింగ్ మాత్రికలు మరియు బహుళ-పోర్ట్ యాంటెన్నా శ్రేణులతో కూడిన మల్టీ-రెక్టిఫైయర్‌లు కూడా అధిక-లాభం, బహుళ-దిశాత్మక శక్తి పెంపకం కోసం ప్రతిపాదించబడ్డాయి.
సారాంశంలో, తక్కువ RF సాంద్రత నుండి సేకరించిన శక్తిని మెరుగుపరచడానికి అధిక-లాభం కలిగిన యాంటెన్నాలు ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడినప్పటికీ, ట్రాన్స్‌మిటర్ దిశ తెలియని అప్లికేషన్‌లలో (ఉదా, తెలియని ప్రచార మార్గాల ద్వారా పరిసర RFEH లేదా WPT) అధిక దిశాత్మక రిసీవర్‌లు అనువైనవి కాకపోవచ్చు. ఈ పనిలో, బహుళ-డైరెక్షనల్ హై-గెయిన్ WPT మరియు RFEH కోసం బహుళ బహుళ-బీమ్ విధానాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి.
2. యాంటెన్నా పోలరైజేషన్
యాంటెన్నా పోలరైజేషన్ యాంటెన్నా ప్రచార దిశకు సంబంధించి విద్యుత్ క్షేత్ర వెక్టర్ యొక్క కదలికను వివరిస్తుంది. ధ్రువణ అసమతుల్యత ప్రధాన లోబ్ దిశలు సమలేఖనం చేయబడినప్పుడు కూడా యాంటెన్నాల మధ్య ప్రసార/స్వీకరణను తగ్గించడానికి దారి తీస్తుంది. ఉదాహరణకు, ట్రాన్స్‌మిషన్ కోసం నిలువుగా ఉండే LP యాంటెన్నా మరియు రిసెప్షన్ కోసం క్షితిజ సమాంతర LP యాంటెన్నా ఉపయోగించబడితే, పవర్ అందదు. ఈ విభాగంలో, వైర్‌లెస్ రిసెప్షన్ సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి మరియు పోలరైజేషన్ అసమతుల్యత నష్టాలను నివారించడానికి నివేదించబడిన పద్ధతులు సమీక్షించబడ్డాయి. ధ్రువణానికి సంబంధించి ప్రతిపాదిత రెక్టెన్నా ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క సారాంశం మూర్తి 6లో ఇవ్వబడింది మరియు ఒక ఉదాహరణ SoA టేబుల్ 4లో ఇవ్వబడింది.
మూర్తి 6
సెల్యులార్ కమ్యూనికేషన్‌లలో, బేస్ స్టేషన్‌లు మరియు మొబైల్ ఫోన్‌ల మధ్య లీనియర్ పోలరైజేషన్ అలైన్‌మెంట్ సాధించే అవకాశం లేదు, కాబట్టి బేస్ స్టేషన్ యాంటెన్నాలు ధ్రువణ అసమతుల్యత నష్టాలను నివారించడానికి ద్వంద్వ-ధ్రువణ లేదా బహుళ-ధ్రువణంగా రూపొందించబడ్డాయి. అయినప్పటికీ, మల్టీపాత్ ఎఫెక్ట్‌ల కారణంగా LP తరంగాల ధ్రువణ వైవిధ్యం పరిష్కరించని సమస్యగా మిగిలిపోయింది. మల్టీ-పోలరైజ్డ్ మొబైల్ బేస్ స్టేషన్ల ఊహ ఆధారంగా, సెల్యులార్ RFEH యాంటెన్నాలు LP యాంటెన్నాలుగా రూపొందించబడ్డాయి.
CP రెక్టెన్నాలు ప్రధానంగా WPTలో ఉపయోగించబడతాయి ఎందుకంటే అవి అసమతుల్యతకు సాపేక్షంగా నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. CP యాంటెన్నాలు విద్యుత్ నష్టం లేకుండా అన్ని LP తరంగాలకు అదనంగా ఒకే భ్రమణ దిశతో (ఎడమ చేతి లేదా కుడి చేతి CP) CP రేడియేషన్‌ను అందుకోగలవు. ఏదైనా సందర్భంలో, CP యాంటెన్నా ప్రసారం చేస్తుంది మరియు LP యాంటెన్నా 3 dB నష్టంతో (50% శక్తి నష్టం) పొందుతుంది. CP రెక్టెన్నాలు 900 MHz మరియు 2.4 GHz మరియు 5.8 GHz ఇండస్ట్రియల్, సైంటిఫిక్ మరియు మెడికల్ బ్యాండ్‌లతో పాటు మిల్లీమీటర్ వేవ్‌లకు అనుకూలంగా ఉన్నట్లు నివేదించబడింది. ఏకపక్ష ధ్రువణ తరంగాల RFEHలో, ధ్రువణ వైవిధ్యం ధ్రువణ అసమతుల్యత నష్టాలకు సంభావ్య పరిష్కారాన్ని సూచిస్తుంది.
మల్టీ-పోలరైజేషన్ అని కూడా పిలువబడే పూర్తి ధ్రువణత, ధ్రువణ అసమతుల్యత నష్టాలను పూర్తిగా అధిగమించడానికి ప్రతిపాదించబడింది, రెండు ద్వంద్వ-ధ్రువణ ఆర్తోగోనల్ LP మూలకాలు అన్ని LP మరియు CP తరంగాలను ప్రభావవంతంగా స్వీకరించే CP మరియు LP తరంగాల సేకరణను ఎనేబుల్ చేస్తుంది. దీనిని వివరించడానికి, ధ్రువణ కోణంతో సంబంధం లేకుండా నిలువు మరియు క్షితిజ సమాంతర నెట్ వోల్టేజీలు (VV మరియు VH) స్థిరంగా ఉంటాయి:
CP విద్యుదయస్కాంత తరంగం "E" విద్యుత్ క్షేత్రం, ఇక్కడ శక్తి రెండుసార్లు (యూనిట్‌కు ఒకసారి) సేకరించబడుతుంది, తద్వారా CP భాగాన్ని పూర్తిగా స్వీకరించడం మరియు 3 dB ధ్రువణ అసమతుల్యత నష్టాన్ని అధిగమించడం:
చివరగా, DC కలయిక ద్వారా, ఏకపక్ష ధ్రువణ సంఘటన తరంగాలను స్వీకరించవచ్చు. మూర్తి 7 నివేదించబడిన పూర్తి ధ్రువణ రెక్టెన్నా యొక్క జ్యామితిని చూపుతుంది.
చిత్రం 7
సారాంశంలో, అంకితమైన విద్యుత్ సరఫరాతో కూడిన WPT అప్లికేషన్‌లలో, CPకి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది ఎందుకంటే ఇది యాంటెన్నా యొక్క ధ్రువణ కోణంతో సంబంధం లేకుండా WPT సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. మరోవైపు, బహుళ-మూలాల సముపార్జనలో, ముఖ్యంగా పరిసర మూలాల నుండి, పూర్తి ధ్రువణ యాంటెనాలు మెరుగైన మొత్తం స్వీకరణ మరియు గరిష్ట పోర్టబిలిటీని సాధించగలవు; RF లేదా DC వద్ద పూర్తి ధ్రువణ శక్తిని కలపడానికి బహుళ-పోర్ట్/మల్టీ-రెక్టిఫైయర్ ఆర్కిటెక్చర్‌లు అవసరం.
సారాంశం
ఈ కాగితం RFEH మరియు WPT కోసం యాంటెన్నా రూపకల్పనలో ఇటీవలి పురోగతిని సమీక్షిస్తుంది మరియు మునుపటి సాహిత్యంలో ప్రతిపాదించబడని RFEH మరియు WPT కోసం యాంటెన్నా డిజైన్ 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. ప్రత్యేక ఫీడ్ నుండి WPTలో ట్రాన్స్‌మిటర్ మరియు రిసీవర్ మధ్య ప్రధాన లోబ్ అమరిక;
3. కోణం మరియు స్థానంతో సంబంధం లేకుండా రెక్టెన్నా మరియు ఇన్సిడెంట్ వేవ్ మధ్య పోలరైజేషన్ మ్యాచింగ్.
ఇంపెడెన్స్ ఆధారంగా, రెక్టెన్నాలు 50Ω మరియు రెక్టిఫైయర్ కంజుగేట్ రెక్టెన్నాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి, వివిధ బ్యాండ్‌లు మరియు లోడ్‌ల మధ్య ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ మరియు ప్రతి మ్యాచింగ్ పద్ధతి యొక్క సామర్థ్యంపై దృష్టి సారిస్తుంది.
SoA రెక్టెన్నాస్ యొక్క రేడియేషన్ లక్షణాలు డైరెక్టివిటీ మరియు పోలరైజేషన్ కోణం నుండి సమీక్షించబడ్డాయి. ఇరుకైన బీమ్‌విడ్త్‌ను అధిగమించడానికి బీమ్‌ఫార్మింగ్ మరియు ప్యాకేజింగ్ ద్వారా లాభాలను మెరుగుపరిచే పద్ధతులు చర్చించబడ్డాయి. చివరగా, WPT మరియు RFEH కోసం ధ్రువణ-స్వతంత్ర స్వీకరణను సాధించడానికి వివిధ అమలులతో పాటు WPT కోసం CP రెక్టెన్నాలు సమీక్షించబడతాయి.
యాంటెన్నాల గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, దయచేసి సందర్శించండి:
పోస్ట్ సమయం: ఆగస్ట్-16-2024
