1. Selelekela
Kotulo ea matla a maqhubu a seea-le-moea (RF) (RFEH) le phetisetso ea matla a se nang mohala a mahlaseli (WPT) li hohetse thahasello e kholo e le mekhoa ea ho fihlela marang-rang a se nang mohala a tsitsitseng a se nang betri. Li-rectenna ke lejoe la motheo la litsamaiso tsa WPT le RFEH 'me li na le tšusumetso e kholo matleng a DC a tlisoang mojarong. Likarolo tsa antenna tsa rectenna li ama ka kotloloho katleho ea kotulo, e leng se ka fetolang matla a kotuloang ka litaelo tse 'maloa tsa boholo. Pampiri ena e hlahloba meralo ea antenna e sebelisoang lits'ebetsong tsa WPT le RFEH tse ambient. Li-rectenna tse tlalehiloeng li arotsoe ho latela litekanyetso tse peli tse kholo: bandwidth ea impedance ea ho lokisa antenna le litšobotsi tsa mahlaseli a antenna. Bakeng sa tekanyetso ka 'ngoe, palo ea boleng (FoM) bakeng sa lits'ebetso tse fapaneng e khethoa le ho hlahlojoa ka ho bapisoa.
WPT e ile ea hlahisoa ke Tesla mathoasong a lekholo la bo20 la lilemo e le mokhoa oa ho fetisa lipere tse likete. Lentsoe rectenna, le hlalosang antenna e hokahantsoeng le rectifier ho bokella matla a RF, le hlahile lilemong tsa bo-1950 bakeng sa lits'ebetso tsa phetisetso ea matla a microwave a sebaka le ho matlafatsa li-drone tse ikemetseng. WPT e tsamaeang ka lehlakoreng le leng, e tsamaeang nako e telele e thibetsoe ke thepa ea 'mele ea sebaka sa phatlalatso (moea). Ka hona, WPT ea khoebo e lekanyelitsoe haholo phetisetsong ea matla a sa khanyeng haufi le tšimo bakeng sa ho tjhaja lisebelisoa tsa elektroniki tsa bareki ba se nang mohala kapa RFID.
Ha tshebediso ya matla ya disebediswa tsa semiconductor le di-node tsa sensor tse se nang mohala e ntse e fokotseha, ho ba bonolo ho di-node tsa sensor tse fanang ka matla ho sebedisa RFEH e ambient kapa ho sebedisa di-transmitter tse hasantsweng tse nang le matla a tlase. Ditsamaiso tsa motlakase tse se nang mohala tse nang le matla a tlase hangata di na le karolo e ka pele ya ho fumana RF, taolo ya matla a DC le memori, le microprocessor le transceiver tse nang le matla a tlase.
Setšoantšo sa 1 se bonts'a meralo ea node ea waelese ea RFEH le lits'ebetso tse tlalehiloeng khafetsa tsa RF. Bokhoni ba sistimi ea motlakase ea waelese ho tloha qalong ho isa qetellong le meralo ea marang-rang a tlhahisoleseling ea waelese a kopantsoeng le phetisetso ea matla bo itšetlehile ka ts'ebetso ea likarolo ka bomong, joalo ka li-antenna, li-rectifier le lipotoloho tsa tsamaiso ea matla. Lipatlisiso tse 'maloa tsa lingoliloeng li entsoe bakeng sa likarolo tse fapaneng tsa sistimi. Tafole ea 1 e akaretsa mohato oa phetoho ea matla, likarolo tsa bohlokoa bakeng sa phetoho e sebetsang hantle ea matla, le lipatlisiso tse amanang le lingoliloeng bakeng sa karolo ka 'ngoe. Lingoliloeng tsa morao tjena li shebane le theknoloji ea phetoho ea matla, li-topologi tsa rectifier, kapa RFEH e hlokomelang marang-rang.
Setšoantšo sa 1
Leha ho le jwalo, moralo wa antenna ha o nkwe e le karolo ya bohlokwa ho RFEH. Le hoja dingolwa tse ding di nahana ka bandwidth ya antenna le bokgoni ho ya ka pono e akaretsang kapa ho ya ka pono e itseng ya moralo wa antenna, jwalo ka antenna tse nyane kapa tse ka aparwang, tshusumetso ya diparamitha tse itseng tsa antenna kamohelong ya matla le bokgoni ba phetoho ha e a sekasekwa ka botlalo.
Pampiri ena e hlahloba mekhoa ea moralo oa antenna ka har'a li-rectenna ka sepheo sa ho khetholla liphephetso tsa moralo oa antenna tse ikhethileng tsa RFEH le WPT ho tsoa moralo oa antenna ea puisano e tloaelehileng. Li-antenna li bapisoa ho tsoa maikutlong a mabeli: ho bapisa impedance ho tloha pheletsong ho ea qetellong le litšobotsi tsa mahlaseli; nyeoeng ka 'ngoe, FoM e khetholloa le ho hlahlojoa ka li-antenna tsa sejoale-joale (SoA).
2. Bandwidth le Matching: Marangrang a RF a seng a 50Ω
Tšireletso e ikhethang ea 50Ω ke ho nahana ka pele ka tumellano pakeng tsa ho fokotseha ha matla le ts'ebeliso ea boenjiniere ba microwave. Li-antenna, bandwidth ea impedance e hlalosoa e le sebaka sa maqhubu moo matla a bonts'itsoeng a leng ka tlase ho 10% (S11< − 10 dB). Kaha li-amplifier tsa lerata le tlase (LNAs), li-amplifier tsa matla, le li-detector hangata li entsoe ka phetisetso ea impedance ea 50Ω, mohloli oa 50Ω o hlalosoa ka tloaelo.
Ka hare ho rectenna, tlhahiso ea antenna e fepeloa ka ho toba ho rectifier, 'me ho se lumellane ha diode ho baka phapang e kholo ho impedance ea ho kenya, ka karolo ea capacitive e busang. Ha re nahana ka antenna ea 50Ω, phephetso e kholo ke ho rala marang-rang a mang a ho bapisa RF ho fetola impedance ea ho kenya ho impedance ea rectifier ka makhetlo a thahasello le ho e ntlafatsa bakeng sa boemo bo itseng ba matla. Tabeng ena, bandwidth ea impedance ea ho tloha qetellong ho ea qetellong ea hlokahala ho netefatsa phetoho e sebetsang ea RF ho ea ho DC. Ka hona, le hoja li-antenna li ka fihlela bandwidth ea khopolo-taba e sa feleng kapa e pharaletseng haholo li sebelisa likarolo tsa nako le nako kapa geometry e iketsang, bandwidth ea rectenna e tla thibeloa ke marang-rang a ho bapisa rectifier.
Ho 'nile ha hlahisoa li-topology tse 'maloa tsa rectenna ho fihlela kotulo ea sehlopha se le seng le ea lihlopha tse ngata kapa WPT ka ho fokotsa lipontšo le ho eketsa phetiso ea matla pakeng tsa antenna le rectifier. Setšoantšo sa 2 se bontša libopeho tsa li-topology tse tlalehiloeng tsa rectenna, tse arotsoeng ka meralo ea tsona ea ho bapisa impedance. Tafole ea 2 e bontša mehlala ea li-rectenna tse sebetsang hantle mabapi le bandwidth ea ho tloha pheletsong ho ea qetellong (tabeng ena, FoM) bakeng sa sehlopha ka seng.
Setšoantšo sa 2 Mefuta ea Rectenna ho latela pono ea ho bapisa bandwidth le impedance. (a) Rectenna ea sehlopha se le seng e nang le antenna e tloaelehileng. (b) Rectenna ea sehlopha se le seng (e entsoe ka li-antenna tse ngata tse kopantsoeng) e nang le rectifier e le 'ngoe le marang-rang a tšoanang ka sehlopha. (c) Rectenna ea Broadband e nang le likou tse ngata tsa RF le marang-rang a arohaneng a ho bapisa bakeng sa sehlopha ka seng. (d) Rectenna ea Broadband e nang le antenna ea broadband le marang-rang a ho bapisa broadband. (e) Rectenna ea sehlopha se le seng e sebelisang antenna e nyane ea motlakase e tsamaellanang ka ho toba le rectifier. (f) Antenna ea sehlopha se le seng, e kholo ka motlakase e nang le impedance e rarahaneng ho hokahana le rectifier. (g) Rectenna ea Broadband e nang le impedance e rarahaneng ho hokahana le rectifier holim'a mefuta e fapaneng ea maqhubu.
Leha WPT le RFEH e ambient ho tsoa ho fepa e inehetseng e le lits'ebetso tse fapaneng tsa rectenna, ho fihlella ho bapisa ho tloha pheletsong ho isa qetellong pakeng tsa antenna, rectifier le mojaro ke habohlokoa ho fihlella bokgoni bo phahameng ba phetoho ea matla (PCE) ho tloha ponong ea bandwidth. Leha ho le joalo, WPT rectennas e tsepamisa maikutlo haholo ho fihlelleng ho bapisa boleng bo holimo ba lintlha (S11 e tlase) ho ntlafatsa PCE ea sehlopha se le seng maemong a itseng a matla (topology a, e le f). Bandwidth e pharaletseng ea WPT ea sehlopha se le seng e ntlafatsa tšireletso ea sistimi ho ho qhaqha, liphoso tsa tlhahiso le likokoana-hloko tsa ho paka. Ka lehlakoreng le leng, RFEH rectennas e beha pele ts'ebetso ea lihlopha tse ngata 'me e ba karolo ea topology bd le g, kaha power spectral density (PSD) ea sehlopha se le seng hangata e tlase.
3. Moralo oa antenna ea khutlonnetsepa
1. Rectenna ea maqhubu a le mong
Moralo oa antenna oa rectenna ea maqhubu a le mong (topology A) o ipapisitse haholo le moralo o tloaelehileng oa antenna, joalo ka polarization e otlolohileng (LP) kapa polarization e chitja (CP) e ntšang mahlaseli fatše, antenna ea dipole le antenna ea F e fetotsoeng. Rectenna ea sehlopha se fapaneng e ipapisitse le tatellano ea motsoako oa DC e hlophisitsoeng ka li-antenna tse ngata kapa motsoako o tsoakiloeng oa DC le RF oa li-unit tse ngata tsa patch.
Kaha boholo ba li-antenna tse reriloeng ke li-antenna tsa maqhubu a le mong 'me li fihlela litlhoko tsa WPT ea maqhubu a le mong, ha ho batloa RFEH ea maqhubu a mangata a tikoloho, li-antenna tse ngata tsa maqhubu a le mong li kopanngoa ho ba li-rectenna tsa lihlopha tse ngata (topology B) ka khatello ea ho kopanya e kopanetsoeng le motsoako o ikemetseng oa DC kamora potoloho ea taolo ea matla ho li arola ka botlalo ho potoloho ea ho fumana le ho fetola RF. Sena se hloka lipotoloho tse ngata tsa taolo ea matla bakeng sa sehlopha ka seng, e leng se ka fokotsang katleho ea sesebelisoa sa ho fetola matla hobane matla a DC a sehlopha se le seng a tlase.
2. Li-antenna tsa RFEH tsa li-band tse ngata le tsa broadband
RFEH ea tikoloho hangata e amahanngoa le ho fumana li-band tse ngata; ka hona, mekhoa e fapaneng e 'nile ea hlahisoa bakeng sa ho ntlafatsa bandwidth ea meralo ea li-antenna tse tloaelehileng le mekhoa ea ho theha li-antenna tsa li-band tse peli kapa tsa li-band. Karolong ena, re hlahloba meralo ea li-antenna tse ikhethileng bakeng sa li-RFEH, hammoho le li-antenna tsa khale tsa li-band tse ngata tse nang le monyetla oa ho sebelisoa e le li-rectenna.
Li-antenna tsa Coplanar waveguide (CPW) monopole li nka sebaka se senyenyane ho feta li-antenna tsa microstrip patch ka maqhubu a tšoanang 'me li hlahisa maqhubu a LP kapa a CP,' me hangata li sebelisoa bakeng sa li-rectenna tsa tikoloho tse nang le broadband. Lifofane tsa reflection li sebelisoa ho eketsa karohano le ho ntlafatsa phaello, e leng se fellang ka mekhoa ea mahlaseli a tšoanang le li-antenna tsa patch. Li-antenna tsa coplanar waveguide tse nang le slotted li sebelisoa ho ntlafatsa li-bandwidth tsa impedance bakeng sa lihlopha tse ngata tsa maqhubu, tse kang 1.8–2.7 GHz kapa 1–3 GHz. Li-antenna tsa slot tse fepeloang hammoho le li-antenna tsa patch le tsona li sebelisoa hangata meralong ea li-rectenna tsa lihlopha tse ngata. Setšoantšo sa 3 se bontša li-antenna tse ling tse tlalehiloeng tsa lihlopha tse ngata tse sebelisang mokhoa oa ntlafatso ea bandwidth o fetang o le mong.
Setšoantšo sa 3
Ho bapisa Impedance ea Antenna-Rectifier
Ho bapisa antenna ea 50Ω le rectifier e seng mola ho thata hobane impedance ea eona ea ho kenya e fapana haholo ho latela makhetlo. Ho li-topology A le B (Setšoantšo sa 2), netweke e tloaelehileng ea ho bapisa ke papali ea LC e sebelisang likarolo tse nang le li-lumped; leha ho le joalo, bandwidth e amanang hangata e tlase ho feta lihlopha tse ngata tsa puisano. Ho bapisa stub ea sehlopha se le seng ho sebelisoa hangata ho lihlopha tsa microwave le millimeter-wave tse ka tlase ho 6 GHz, 'me li-rectenna tse tlalehiloeng tsa millimeter-wave li na le bandwidth e moqotetsane ka tlhaho hobane bandwidth ea tsona ea PCE e thibetsoe ke ho hatelloa ha harmonic ea tlhahiso, e leng se etsang hore li tšoanelehe haholo bakeng sa lits'ebetso tsa WPT ea sehlopha se le seng sehlopheng se se nang laesense sa 24 GHz.
Li-rectenna tse ho topology C le D li na le marangrang a ho bapisa a rarahaneng haholoanyane. Marangrang a ho bapisa mela a ajoang ka botlalo a 'nile a sisinngoa bakeng sa ho bapisa broadband, ka RF block/DC short circuit (pass filter) koung ea tlhahiso kapa capacitor ea DC blocking e le tsela ea ho khutla bakeng sa diode harmonics. Likarolo tsa rectifier li ka nkeloa sebaka ke li-capacitor tse kopantsoeng tsa boto ea potoloho e hatisitsoeng (PCB), tse entsoeng ka ho sebelisa lisebelisoa tsa khoebo tsa othomathike tsa moralo oa elektroniki. Marangrang a mang a tlalehiloeng a ho bapisa broadband rectenna a kopanya likarolo tse kopaneng bakeng sa ho bapisa le maqhubu a tlase le likarolo tse ajoang bakeng sa ho theha RF short input.
Ho fetola phetiso ya ho kenya e bonwang ke mojaro ka mohlodi (o tsejwang e le mokhoa wa ho hula mohlodi) ho sebediseditswe ho rala sehlahiswa sa ho lokisa maqhubu a manyane se nang le bandwidth e amanang ya 57% (1.25–2.25 GHz) le PCE e hodimo ka 10% ha e bapiswa le dipotoloho tse nang le dikotwana kapa tse hasantsweng. Le hoja marangrang a tshwanang hangata a etseditswe ho bapisa di-antenna hodima bandwidth yohle ya 50Ω, ho na le ditlaleho dingolweng moo di-antenna tsa ho laola maqhubu a manyane di hoketsweng ho di-rectifier tsa narrowband.
Marangrang a ho bapisa a likarolo tse kopaneng tse nang le li-lumped le likarolo tse ajoang a sebelisitsoe haholo ho li-topology tsa C le D, 'me li-inductor tsa letoto le li-capacitor ke tsona tse sebelisoang haholo. Tsena li qoba meaho e rarahaneng joalo ka li-capacitor tse kopaneng, tse hlokang mohlala le tlhahiso e nepahetseng ho feta mela e tloaelehileng ea microstrip.
Matla a ho kenya ho rectifier a ama impedance ya ho kenya ka lebaka la ho se tsamaellane ha diode. Ka hona, rectenna e reretswe ho eketsa PCE bakeng sa boemo bo itseng ba matla a ho kenya le impedance ya mojaro. Kaha diode ke haholo-holo capacitive high impedance maqhubung a ka tlase ho 3 GHz, broadband rectennas tse fedisang marangrang a ho bapisa kapa tse fokotsang dipotoloho tse nolofaditsweng tsa ho bapisa di tsepamisitse maikutlo hodima maqhubu a Prf>0 dBm le ka hodimo ho 1 GHz, kaha diode di na le impedance e tlase ya capacitive mme di ka tsamaellana hantle le antenna, ka hona di qoba moralo wa di-antenna tse nang le di-reactance tsa ho kenya >1,000Ω.
Ho bapisa impedance e feto-fetohang kapa e ka hlophisoang bocha ho bonoe ho CMOS rectennas, moo marangrang a ho bapisa a nang le libanka tsa capacitor tse on-chip le li-inductor. Marangrang a ho bapisa a sa fetoheng a CMOS le ona a sisintswe bakeng sa li-antenna tse tloaelehileng tsa 50Ω hammoho le li-antenna tsa loop tse entsoeng hammoho. Ho tlalehiloe hore li-detector tsa motlakase tsa CMOS tse sa sebetseng li sebelisoa ho laola li-switch tse lebisang tlhahiso ea antenna ho li-rectifier tse fapaneng le marangrang a ho bapisa ho latela matla a fumanehang. Marangrang a ho bapisa a ka hlophisoang bocha a sebelisang li-capacitor tse nang le lumped tunoble a sisintsoe, a lokisitsoeng ka ho lokisa hantle ha a ntse a lekanya impedance ea ho kenya ho sebelisoa sesebelisoa sa ho sekaseka marang-rang a vector. Marangrang a ho bapisa a microstrip a ka hlophisoang bocha, li-switch tsa transistor ea phello ea tšimo li sebelisitsoe ho fetola li-stubs tse tšoanang ho fihlela litšobotsi tsa sehlopha se habeli.
Ho ithuta haholoanyane ka li-antenna, ka kopo etela:
Nako ea poso: Phato-09-2024
