ऐन्टेना-रेक्टिफायर सह-डिज़ाइन
चित्र 2 में ईजी टोपोलॉजी का अनुसरण करने वाले रेक्टेनास की विशेषता यह है कि एंटीना 50Ω मानक के बजाय सीधे रेक्टिफायर से मेल खाता है, जिसके लिए रेक्टिफायर को पावर देने के लिए मिलान सर्किट को कम करने या समाप्त करने की आवश्यकता होती है। यह अनुभाग गैर-50Ω एंटेना और बिना मिलान वाले नेटवर्क वाले रेक्टेनास के साथ SoA रेक्टेनास के लाभों की समीक्षा करता है।
1. विद्युतीय रूप से छोटे एंटेना
एलसी गुंजयमान रिंग एंटेना का व्यापक रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया गया है जहां सिस्टम का आकार महत्वपूर्ण है। 1 गीगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर, तरंग दैर्ध्य मानक वितरित तत्व एंटेना को सिस्टम के समग्र आकार की तुलना में अधिक जगह घेरने का कारण बन सकता है, और शरीर के प्रत्यारोपण के लिए पूरी तरह से एकीकृत ट्रांसीवर जैसे अनुप्रयोग विशेष रूप से WPT के लिए विद्युत रूप से छोटे एंटेना के उपयोग से लाभान्वित होते हैं।
छोटे एंटीना (अनुनाद के निकट) की उच्च आगमनात्मक प्रतिबाधा का उपयोग सीधे रेक्टिफायर को जोड़ने या अतिरिक्त ऑन-चिप कैपेसिटिव मिलान नेटवर्क के साथ किया जा सकता है। ह्यूजेन्स द्विध्रुवीय एंटेना का उपयोग करते हुए 1 गीगाहर्ट्ज़ से नीचे एलपी और सीपी के साथ डब्ल्यूपीटी में विद्युत रूप से छोटे एंटेना की सूचना दी गई है, जिसमें केए=0.645 हैं, जबकि सामान्य द्विध्रुवों में केए=5.91 (केए=2πr/λ0) हैं।
2. रेक्टिफायर कंजुगेट एंटीना
डायोड की विशिष्ट इनपुट प्रतिबाधा अत्यधिक कैपेसिटिव होती है, इसलिए संयुग्मी प्रतिबाधा प्राप्त करने के लिए एक प्रेरक एंटीना की आवश्यकता होती है। चिप की कैपेसिटिव प्रतिबाधा के कारण, आरएफआईडी टैग में उच्च प्रतिबाधा प्रेरक एंटेना का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। द्विध्रुवीय एंटेना हाल ही में जटिल प्रतिबाधा आरएफआईडी एंटेना में एक प्रवृत्ति बन गए हैं, जो उनके गुंजयमान आवृत्ति के निकट उच्च प्रतिबाधा (प्रतिरोध और प्रतिक्रिया) प्रदर्शित करते हैं।
रुचि के आवृत्ति बैंड में रेक्टिफायर की उच्च धारिता से मेल खाने के लिए प्रेरक द्विध्रुवीय एंटेना का उपयोग किया गया है। एक मुड़े हुए द्विध्रुवीय एंटीना में, डबल शॉर्ट लाइन (द्विध्रुवीय तह) एक प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के रूप में कार्य करती है, जिससे एक अत्यंत उच्च प्रतिबाधा एंटीना के डिजाइन की अनुमति मिलती है। वैकल्पिक रूप से, पूर्वाग्रह फीडिंग आगमनात्मक प्रतिक्रिया के साथ-साथ वास्तविक प्रतिबाधा को बढ़ाने के लिए जिम्मेदार है। असंतुलित बो-टाई रेडियल स्टब्स के साथ कई पक्षपाती द्विध्रुवीय तत्वों का संयोजन एक दोहरी ब्रॉडबैंड उच्च प्रतिबाधा एंटीना बनाता है। चित्र 4 कुछ रिपोर्ट किए गए रेक्टिफायर संयुग्म एंटेना दिखाता है।
चित्र 4
RFEH और WPT में विकिरण विशेषताएँ
फ्रिस मॉडल में, ट्रांसमीटर से दूरी d पर एंटीना द्वारा प्राप्त पावर PRX रिसीवर और ट्रांसमीटर लाभ (GRX, GTX) का प्रत्यक्ष कार्य है।
ऐन्टेना की मुख्य लोब की दिशा और ध्रुवीकरण सीधे आपतित तरंग से एकत्रित शक्ति की मात्रा को प्रभावित करते हैं। ऐन्टेना विकिरण विशेषताएँ प्रमुख पैरामीटर हैं जो परिवेश RFEH और WPT (चित्र 5) के बीच अंतर करते हैं। जबकि दोनों अनुप्रयोगों में प्रसार माध्यम अज्ञात हो सकता है और प्राप्त तरंग पर इसके प्रभाव पर विचार करने की आवश्यकता है, ट्रांसमिटिंग एंटीना के ज्ञान का फायदा उठाया जा सकता है। तालिका 3 इस अनुभाग में चर्चा किए गए प्रमुख मापदंडों और आरएफईएच और डब्लूपीटी पर उनकी प्रयोज्यता की पहचान करती है।
चित्र 5
1. दिशा और लाभ
अधिकांश आरएफईएच और डब्लूपीटी अनुप्रयोगों में, यह माना जाता है कि कलेक्टर को घटना विकिरण की दिशा नहीं पता है और कोई लाइन-ऑफ़-विज़न (एलओएस) पथ नहीं है। इस कार्य में, ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच मुख्य लोब संरेखण से स्वतंत्र, एक अज्ञात स्रोत से प्राप्त शक्ति को अधिकतम करने के लिए कई एंटीना डिजाइन और प्लेसमेंट की जांच की गई है।
पर्यावरणीय RFEH रेक्टेंना में सर्वदिशात्मक एंटेना का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। साहित्य में, PSD एंटीना के अभिविन्यास के आधार पर भिन्न होता है। हालाँकि, शक्ति में भिन्नता की व्याख्या नहीं की गई है, इसलिए यह निर्धारित करना संभव नहीं है कि भिन्नता एंटीना के विकिरण पैटर्न के कारण है या ध्रुवीकरण बेमेल के कारण है।
आरएफईएच अनुप्रयोगों के अलावा, कम आरएफ बिजली घनत्व की संग्रह दक्षता में सुधार करने या प्रसार घाटे को दूर करने के लिए माइक्रोवेव डब्ल्यूपीटी के लिए उच्च-लाभ वाले दिशात्मक एंटेना और सरणियों को व्यापक रूप से रिपोर्ट किया गया है। यागी-उदा रेक्टेना ऐरे, बोटी ऐरे, सर्पिल ऐरे, कसकर युग्मित विवाल्डी ऐरे, सीपीडब्ल्यू सीपी ऐरे और पैच ऐरे स्केलेबल रेक्टेना कार्यान्वयन में से हैं जो एक निश्चित क्षेत्र के तहत घटना शक्ति घनत्व को अधिकतम कर सकते हैं। एंटीना लाभ में सुधार के अन्य तरीकों में WPT के लिए विशिष्ट माइक्रोवेव और मिलीमीटर वेव बैंड में सब्सट्रेट इंटीग्रेटेड वेवगाइड (SIW) तकनीक शामिल है। हालाँकि, उच्च-लाभ वाले रेक्टेंना को संकीर्ण बीमविड्थ की विशेषता होती है, जिससे मनमानी दिशाओं में तरंगों का स्वागत अक्षम हो जाता है। ऐन्टेना तत्वों और बंदरगाहों की संख्या की जांच से यह निष्कर्ष निकला कि उच्च दिशात्मकता त्रि-आयामी मनमानी घटना को मानते हुए परिवेश RFEH में उच्च एकत्रित शक्ति के अनुरूप नहीं है; इसे शहरी परिवेश में क्षेत्र माप द्वारा सत्यापित किया गया था। उच्च-लाभ वाले सरणियों को WPT अनुप्रयोगों तक सीमित किया जा सकता है।
उच्च-लाभ वाले एंटेना के लाभों को मनमाने आरएफईएच में स्थानांतरित करने के लिए, दिशात्मकता समस्या को दूर करने के लिए पैकेजिंग या लेआउट समाधान का उपयोग किया जाता है। दो दिशाओं में परिवेशी वाई-फाई आरएफईएच से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक डुअल-पैच एंटीना रिस्टबैंड प्रस्तावित है। एम्बिएंट सेल्युलर RFEH एंटेना को 3D बॉक्स के रूप में भी डिज़ाइन किया गया है और सिस्टम क्षेत्र को कम करने और बहु-दिशात्मक कटाई को सक्षम करने के लिए बाहरी सतहों पर मुद्रित या चिपकाया जाता है। क्यूबिक रेक्टेना संरचनाएं परिवेशी आरएफईएच में ऊर्जा ग्रहण की उच्च संभावना प्रदर्शित करती हैं।
2.4 गीगाहर्ट्ज़, 4 × 1 सरणियों पर WPT में सुधार करने के लिए सहायक परजीवी पैच तत्वों सहित बीमविड्थ बढ़ाने के लिए एंटीना डिज़ाइन में सुधार किए गए थे। कई बीम क्षेत्रों के साथ एक 6 गीगाहर्ट्ज़ जाल एंटीना भी प्रस्तावित किया गया था, जो प्रति पोर्ट कई बीम प्रदर्शित करता है। बहु-दिशात्मक और बहु-ध्रुवीकृत आरएफईएच के लिए सर्वदिशात्मक विकिरण पैटर्न के साथ मल्टी-पोर्ट, मल्टी-रेक्टिफायर सतह रेक्टेना और ऊर्जा संचयन एंटेना प्रस्तावित किए गए हैं। उच्च-लाभ, बहु-दिशात्मक ऊर्जा संचयन के लिए बीमफॉर्मिंग मैट्रिसेस और मल्टी-पोर्ट एंटीना एरे के साथ मल्टी-रेक्टिफायर भी प्रस्तावित किए गए हैं।
संक्षेप में, जबकि उच्च-लाभ वाले एंटेना को कम आरएफ घनत्व से उत्पन्न बिजली में सुधार करने के लिए प्राथमिकता दी जाती है, उच्च दिशात्मक रिसीवर उन अनुप्रयोगों में आदर्श नहीं हो सकते हैं जहां ट्रांसमीटर दिशा अज्ञात है (उदाहरण के लिए, अज्ञात प्रसार चैनलों के माध्यम से परिवेश आरएफईएच या डब्लूपीटी)। इस कार्य में, बहु-दिशात्मक उच्च-लाभ WPT और RFEH के लिए कई मल्टी-बीम दृष्टिकोण प्रस्तावित हैं।
2. एंटीना ध्रुवीकरण
एंटीना ध्रुवीकरण एंटीना प्रसार दिशा के सापेक्ष विद्युत क्षेत्र वेक्टर की गति का वर्णन करता है। ध्रुवीकरण बेमेल के कारण मुख्य लोब की दिशाएं संरेखित होने पर भी एंटेना के बीच संचरण/रिसेप्शन कम हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि ट्रांसमिशन के लिए ऊर्ध्वाधर एलपी एंटीना का उपयोग किया जाता है और रिसेप्शन के लिए क्षैतिज एलपी एंटीना का उपयोग किया जाता है, तो कोई बिजली प्राप्त नहीं होगी। इस खंड में, वायरलेस रिसेप्शन दक्षता को अधिकतम करने और ध्रुवीकरण बेमेल नुकसान से बचने के लिए रिपोर्ट की गई विधियों की समीक्षा की गई है। ध्रुवीकरण के संबंध में प्रस्तावित रेक्टेना वास्तुकला का सारांश चित्र 6 में दिया गया है और एसओए का एक उदाहरण तालिका 4 में दिया गया है।
चित्र 6
सेलुलर संचार में, बेस स्टेशनों और मोबाइल फोन के बीच रैखिक ध्रुवीकरण संरेखण प्राप्त होने की संभावना नहीं है, इसलिए ध्रुवीकरण बेमेल नुकसान से बचने के लिए बेस स्टेशन एंटेना को दोहरे-ध्रुवीकरण या बहु-ध्रुवीकरण के रूप में डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि, मल्टीपाथ प्रभावों के कारण एलपी तरंगों का ध्रुवीकरण भिन्नता एक अनसुलझी समस्या बनी हुई है। बहु-ध्रुवीकृत मोबाइल बेस स्टेशनों की धारणा के आधार पर, सेलुलर आरएफईएच एंटेना को एलपी एंटेना के रूप में डिजाइन किया गया है।
सीपी रेक्टेनास का उपयोग मुख्य रूप से डब्लूपीटी में किया जाता है क्योंकि वे बेमेल के प्रति अपेक्षाकृत प्रतिरोधी होते हैं। सीपी एंटेना बिजली हानि के बिना सभी एलपी तरंगों के अलावा समान रोटेशन दिशा (बाएं हाथ या दाएं हाथ सीपी) के साथ सीपी विकिरण प्राप्त करने में सक्षम हैं। किसी भी स्थिति में, सीपी एंटीना संचारित होता है और एलपी एंटीना 3 डीबी हानि (50% बिजली हानि) के साथ प्राप्त करता है। सीपी रेक्टेनास को 900 मेगाहर्ट्ज और 2.4 गीगाहर्ट्ज और 5.8 गीगाहर्ट्ज औद्योगिक, वैज्ञानिक और चिकित्सा बैंड के साथ-साथ मिलीमीटर तरंगों के लिए उपयुक्त बताया गया है। मनमाने ढंग से ध्रुवीकृत तरंगों के आरएफईएच में, ध्रुवीकरण विविधता ध्रुवीकरण बेमेल नुकसान के संभावित समाधान का प्रतिनिधित्व करती है।
पूर्ण ध्रुवीकरण, जिसे बहु-ध्रुवीकरण के रूप में भी जाना जाता है, ध्रुवीकरण बेमेल नुकसान को पूरी तरह से दूर करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, जिससे सीपी और एलपी दोनों तरंगों के संग्रह को सक्षम किया जा सके, जहां दो दोहरे ध्रुवीकृत ऑर्थोगोनल एलपी तत्व प्रभावी रूप से सभी एलपी और सीपी तरंगों को प्राप्त करते हैं। इसे स्पष्ट करने के लिए, ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज शुद्ध वोल्टेज (वीवी और वीएच) ध्रुवीकरण कोण की परवाह किए बिना स्थिर रहते हैं:
सीपी विद्युत चुम्बकीय तरंग "ई" विद्युत क्षेत्र, जहां बिजली दो बार (प्रति यूनिट एक बार) एकत्र की जाती है, जिससे सीपी घटक पूरी तरह से प्राप्त होता है और 3 डीबी ध्रुवीकरण बेमेल हानि पर काबू पाता है:
अंत में, डीसी संयोजन के माध्यम से, मनमाने ढंग से ध्रुवीकरण की घटना तरंगें प्राप्त की जा सकती हैं। चित्र 7 रिपोर्ट की गई पूरी तरह से ध्रुवीकृत रेक्टेना की ज्यामिति को दर्शाता है।
चित्र 7
संक्षेप में, समर्पित बिजली आपूर्ति वाले WPT अनुप्रयोगों में, CP को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह एंटीना के ध्रुवीकरण कोण की परवाह किए बिना WPT दक्षता में सुधार करता है। दूसरी ओर, बहु-स्रोत अधिग्रहण में, विशेष रूप से परिवेशीय स्रोतों से, पूरी तरह से ध्रुवीकृत एंटेना बेहतर समग्र रिसेप्शन और अधिकतम पोर्टेबिलिटी प्राप्त कर सकते हैं; आरएफ या डीसी पर पूरी तरह से ध्रुवीकृत शक्ति को संयोजित करने के लिए मल्टी-पोर्ट/मल्टी-रेक्टिफायर आर्किटेक्चर की आवश्यकता होती है।
सारांश
यह पेपर RFEH और WPT के लिए एंटीना डिज़ाइन में हालिया प्रगति की समीक्षा करता है, और RFEH और WPT के लिए एंटीना डिज़ाइन का एक मानक वर्गीकरण प्रस्तावित करता है जिसे पिछले साहित्य में प्रस्तावित नहीं किया गया है। उच्च आरएफ-टू-डीसी दक्षता प्राप्त करने के लिए तीन बुनियादी एंटीना आवश्यकताओं की पहचान की गई है:
1. रुचि के RFEH और WPT बैंड के लिए एंटीना रेक्टिफायर प्रतिबाधा बैंडविड्थ;
2. एक समर्पित फ़ीड से WPT में ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच मुख्य लोब संरेखण;
3. कोण और स्थिति की परवाह किए बिना रेक्टेना और आपतित तरंग के बीच ध्रुवीकरण मिलान।
प्रतिबाधा के आधार पर, रेक्टेनास को 50Ω और रेक्टिफायर कंजुगेट रेक्टेनास में वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें विभिन्न बैंड और भार के बीच प्रतिबाधा मिलान और प्रत्येक मिलान विधि की दक्षता पर ध्यान दिया जाता है।
एसओए रेक्टेनास की विकिरण विशेषताओं की दिशात्मकता और ध्रुवीकरण के परिप्रेक्ष्य से समीक्षा की गई है। संकीर्ण बीमविड्थ पर काबू पाने के लिए बीमफॉर्मिंग और पैकेजिंग द्वारा लाभ में सुधार करने के तरीकों पर चर्चा की गई है। अंत में, WPT और RFEH के लिए ध्रुवीकरण-स्वतंत्र स्वागत प्राप्त करने के लिए विभिन्न कार्यान्वयनों के साथ, WPT के लिए CP रेक्टेनास की समीक्षा की जाती है।
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-16-2024
