एंटीना-रेक्टीफायर सह-डिजाइन
चित्र 2 में EG टोपोलॉजी का अनुसरण करने वाले रेक्टेना की विशेषता यह है कि एंटीना सीधे रेक्टिफायर से मेल खाता है, न कि 50Ω मानक से, जिसके लिए रेक्टिफायर को पावर देने के लिए मैचिंग सर्किट को कम से कम या खत्म करना पड़ता है। यह खंड गैर-50Ω एंटेना और मैचिंग नेटवर्क के बिना रेक्टेना के साथ SoA रेक्टेना के लाभों की समीक्षा करता है।
1. विद्युतीय रूप से छोटे एंटेना
एलसी अनुनाद 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, तरंगदैर्ध्य मानक वितरित तत्व एंटेना को सिस्टम के समग्र आकार की तुलना में अधिक स्थान घेरने का कारण बन सकता है, और शरीर प्रत्यारोपण के लिए पूरी तरह से एकीकृत ट्रांसीवर जैसे अनुप्रयोगों को विशेष रूप से WPT के लिए विद्युत रूप से छोटे एंटेना के उपयोग से लाभ होता है।
छोटे एंटीना (प्रतिध्वनि के निकट) की उच्च प्रेरणिक प्रतिबाधा का उपयोग सीधे रेक्टिफायर को युग्मित करने या अतिरिक्त ऑन-चिप कैपेसिटिव मिलान नेटवर्क के साथ करने के लिए किया जा सकता है। एलपी और सीपी के साथ 1 गीगाहर्ट्ज से नीचे डब्ल्यूपीटी में विद्युत रूप से छोटे एंटेना की रिपोर्ट की गई है, जिसमें ह्यूजेंस डिपोल एंटेना का उपयोग किया गया है, जिसमें ka=0.645 है, जबकि सामान्य डिपोल में ka=5.91 (ka=2πr/λ0)।
2. रेक्टीफायर संयुग्मी एंटीना
डायोड का सामान्य इनपुट प्रतिबाधा अत्यधिक कैपेसिटिव होता है, इसलिए संयुग्म प्रतिबाधा प्राप्त करने के लिए एक प्रेरक एंटीना की आवश्यकता होती है। चिप के कैपेसिटिव प्रतिबाधा के कारण, RFID टैग में उच्च प्रतिबाधा प्रेरक एंटीना का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। द्विध्रुवीय एंटेना हाल ही में जटिल प्रतिबाधा RFID एंटेना में एक प्रवृत्ति बन गए हैं, जो अपने अनुनाद आवृत्ति के पास उच्च प्रतिबाधा (प्रतिरोध और प्रतिक्रिया) प्रदर्शित करते हैं।
इंडक्टिव डिपोल एंटेना का उपयोग रुचि के आवृत्ति बैंड में रेक्टिफायर की उच्च धारिता से मेल खाने के लिए किया गया है। फोल्डेड डिपोल एंटेना में, डबल शॉर्ट लाइन (डायपोल फोल्डिंग) एक प्रतिबाधा ट्रांसफार्मर के रूप में कार्य करती है, जिससे अत्यधिक उच्च प्रतिबाधा वाले एंटेना का डिज़ाइन संभव होता है। वैकल्पिक रूप से, बायस फीडिंग इंडक्टिव रिएक्शन के साथ-साथ वास्तविक प्रतिबाधा को बढ़ाने के लिए जिम्मेदार है। असंतुलित बो-टाई रेडियल स्टब्स के साथ कई बायस्ड डिपोल तत्वों को मिलाकर एक दोहरी ब्रॉडबैंड उच्च प्रतिबाधा वाला एंटेना बनाया जाता है। चित्र 4 में कुछ रिपोर्ट किए गए रेक्टिफायर संयुग्म एंटेना दिखाए गए हैं।
चित्र 4
आरएफईएच और डब्ल्यूपीटी में विकिरण विशेषताएं
फ्रिस मॉडल में, ट्रांसमीटर से d दूरी पर स्थित एंटीना द्वारा प्राप्त शक्ति PRX, रिसीवर और ट्रांसमीटर लाभ (GRX, GTX) का प्रत्यक्ष फलन है।
एंटीना की मुख्य लोब दिशात्मकता और ध्रुवीकरण घटना तरंग से एकत्रित शक्ति की मात्रा को सीधे प्रभावित करते हैं। एंटीना विकिरण विशेषताएँ मुख्य पैरामीटर हैं जो परिवेशी RFEH और WPT (चित्र 5) के बीच अंतर करती हैं। जबकि दोनों अनुप्रयोगों में प्रसार माध्यम अज्ञात हो सकता है और प्राप्त तरंग पर इसके प्रभाव पर विचार करने की आवश्यकता है, संचारण एंटीना के ज्ञान का फायदा उठाया जा सकता है। तालिका 3 इस खंड में चर्चा किए गए प्रमुख मापदंडों और RFEH और WPT के लिए उनकी प्रयोज्यता की पहचान करती है।
चित्र 5
1. दिशिकता और लाभ
अधिकांश RFEH और WPT अनुप्रयोगों में, यह माना जाता है कि कलेक्टर को घटना विकिरण की दिशा का पता नहीं है और कोई लाइन-ऑफ-साइट (LoS) पथ नहीं है। इस कार्य में, ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच मुख्य लोब संरेखण से स्वतंत्र, अज्ञात स्रोत से प्राप्त शक्ति को अधिकतम करने के लिए कई एंटीना डिज़ाइन और प्लेसमेंट की जांच की गई है।
सर्वदिशात्मक एंटेना का व्यापक रूप से पर्यावरण RFEH रेक्टेना में उपयोग किया गया है। साहित्य में, PSD एंटीना के अभिविन्यास के आधार पर भिन्न होता है। हालाँकि, शक्ति में भिन्नता को स्पष्ट नहीं किया गया है, इसलिए यह निर्धारित करना संभव नहीं है कि यह भिन्नता एंटीना के विकिरण पैटर्न के कारण है या ध्रुवीकरण बेमेल के कारण है।
RFEH अनुप्रयोगों के अतिरिक्त, कम RF शक्ति घनत्व की संग्रह दक्षता में सुधार करने या प्रसार हानियों पर काबू पाने के लिए माइक्रोवेव WPT के लिए उच्च-लाभ दिशात्मक एंटेना और सरणियाँ व्यापक रूप से रिपोर्ट की गई हैं। यागी-उदा रेक्टेना सरणियाँ, बोटी सरणियाँ, सर्पिल सरणियाँ, कसकर युग्मित विवाल्डी सरणियाँ, CPW CP सरणियाँ और पैच सरणियाँ स्केलेबल रेक्टेना कार्यान्वयनों में से हैं जो एक निश्चित क्षेत्र के अंतर्गत घटना शक्ति घनत्व को अधिकतम कर सकती हैं। एंटीना लाभ में सुधार करने के अन्य तरीकों में WPT के लिए विशिष्ट माइक्रोवेव और मिलीमीटर तरंग बैंड में सब्सट्रेट एकीकृत वेवगाइड (SIW) तकनीक शामिल है। हालाँकि, उच्च-लाभ वाले रेक्टेना की विशेषता संकीर्ण बीमविड्थ है, जो मनमाने दिशाओं में तरंगों के स्वागत को अक्षम बनाती है। एंटीना तत्वों और बंदरगाहों की संख्या की जाँच ने निष्कर्ष निकाला कि उच्च प्रत्यक्षता परिवेशी RFEH में उच्च हार्वेस्टेड पावर के अनुरूप नहीं है, यह मानते हुए कि तीन-आयामी मनमाना घटना है; यह शहरी वातावरण में क्षेत्र माप द्वारा सत्यापित किया गया था। उच्च-लाभ सरणियाँ WPT अनुप्रयोगों तक सीमित हो सकती हैं।
उच्च-लाभ वाले एंटेना के लाभों को मनमाने RFEHs में स्थानांतरित करने के लिए, पैकेजिंग या लेआउट समाधानों का उपयोग प्रत्यक्षता मुद्दे पर काबू पाने के लिए किया जाता है। दो दिशाओं में परिवेशी वाई-फाई RFEHs से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक दोहरे पैच वाला एंटेना रिस्टबैंड प्रस्तावित है। परिवेशी सेलुलर RFEH एंटेना को 3D बॉक्स के रूप में भी डिज़ाइन किया गया है और सिस्टम क्षेत्र को कम करने और बहु-दिशात्मक हार्वेस्टिंग को सक्षम करने के लिए बाहरी सतहों पर मुद्रित या चिपकाया जाता है। क्यूबिक रेक्टेना संरचनाएं परिवेशी RFEHs में ऊर्जा प्राप्ति की उच्च संभावना प्रदर्शित करती हैं।
2.4 गीगाहर्ट्ज, 4 × 1 सरणियों पर WPT को बेहतर बनाने के लिए सहायक परजीवी पैच तत्वों सहित बीमविड्थ को बढ़ाने के लिए एंटीना डिज़ाइन में सुधार किए गए थे। कई बीम क्षेत्रों के साथ 6 गीगाहर्ट्ज मेश एंटीना भी प्रस्तावित किया गया था, जो प्रति पोर्ट कई बीम प्रदर्शित करता है। मल्टी-पोर्ट, मल्टी-रेक्टिफायर सरफेस रेक्टेना और सर्वदिशात्मक विकिरण पैटर्न वाले ऊर्जा संचयन एंटेना को मल्टी-डायरेक्शनल और मल्टी-पोलराइज्ड RFEH के लिए प्रस्तावित किया गया है। बीमफॉर्मिंग मैट्रिसेस और मल्टी-पोर्ट एंटीना सरणियों वाले मल्टी-रेक्टिफायर को भी हाई-गेन, मल्टी-डायरेक्शनल ऊर्जा संचयन के लिए प्रस्तावित किया गया है।
संक्षेप में, जबकि उच्च-लाभ वाले एंटेना को कम आरएफ घनत्व से प्राप्त शक्ति को बेहतर बनाने के लिए प्राथमिकता दी जाती है, अत्यधिक दिशात्मक रिसीवर उन अनुप्रयोगों में आदर्श नहीं हो सकते हैं जहां ट्रांसमीटर दिशा अज्ञात है (उदाहरण के लिए, अज्ञात प्रसार चैनलों के माध्यम से परिवेशी आरएफईएच या डब्ल्यूपीटी)। इस कार्य में, बहु-दिशात्मक उच्च-लाभ वाले डब्ल्यूपीटी और आरएफईएच के लिए कई मल्टी-बीम दृष्टिकोण प्रस्तावित किए गए हैं।
2. एंटीना ध्रुवीकरण
एंटीना ध्रुवीकरण एंटीना प्रसार दिशा के सापेक्ष विद्युत क्षेत्र वेक्टर की गति का वर्णन करता है। ध्रुवीकरण बेमेल एंटेना के बीच कम संचरण/रिसेप्शन की ओर ले जा सकता है, भले ही मुख्य लोब दिशाएँ संरेखित हों। उदाहरण के लिए, यदि संचरण के लिए एक ऊर्ध्वाधर एलपी एंटीना का उपयोग किया जाता है और रिसेप्शन के लिए एक क्षैतिज एलपी एंटीना का उपयोग किया जाता है, तो कोई शक्ति 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 आर्किटेक्चर का सारांश चित्र 6 में दिया गया है और एक उदाहरण SoA तालिका 4 में दिया गया है।
चित्र 6
सेलुलर संचार में, बेस स्टेशनों और मोबाइल फोन के बीच रैखिक ध्रुवीकरण संरेखण प्राप्त करना असंभव है, इसलिए बेस स्टेशन एंटेना को ध्रुवीकरण बेमेल नुकसान से बचने के लिए दोहरे-ध्रुवीकृत या बहु-ध्रुवीकृत होने के लिए 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 RFEH एंटेना को LP एंटेना के रूप में डिज़ाइन किया गया है।
CP रेक्टेना का उपयोग मुख्य रूप से WPT में किया जाता है क्योंकि वे बेमेल के प्रति अपेक्षाकृत प्रतिरोधी होते हैं। CP एंटेना सभी LP तरंगों के अलावा समान घूर्णन दिशा (बाएं हाथ या दाएं हाथ के CP) के साथ CP विकिरण को बिना बिजली की हानि के प्राप्त करने में सक्षम हैं। किसी भी मामले में, CP एंटेना संचारित करता है और LP एंटेना 3 dB हानि (50% बिजली की हानि) के साथ प्राप्त करता है। CP रेक्टेना 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 RFEH में, ध्रुवीकरण विविधता ध्रुवीकरण बेमेल हानियों के लिए एक 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 CP और LP दोनों तरंगों का संग्रह संभव हो जाता है, जहाँ दो दोहरे ध्रुवीकृत ऑर्थोगोनल LP तत्व प्रभावी रूप से सभी LP और CP तरंगों को प्राप्त करते हैं। इसे स्पष्ट करने के लिए, ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज शुद्ध वोल्टेज (VV और VH) ध्रुवीकरण कोण की परवाह किए बिना स्थिर रहते हैं:
सीपी विद्युत चुम्बकीय तरंग "ई" विद्युत क्षेत्र, जहां शक्ति दो बार (प्रति इकाई एक बार) एकत्र की जाती है, जिससे सीपी घटक पूरी तरह से प्राप्त होता है और 3 डीबी ध्रुवीकरण बेमेल हानि पर काबू पाया जाता है:
अंत में, डीसी संयोजन के माध्यम से, मनमाने ध्रुवीकरण की घटना तरंगों को प्राप्त किया जा सकता है। 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 परिवेशी स्रोतों से, पूरी तरह से ध्रुवीकृत एंटेना बेहतर समग्र रिसेप्शन और अधिकतम पोर्टेबिलिटी प्राप्त कर सकते हैं; RF या DC 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 हाल ही में हुई प्रगति की समीक्षा करता है, और RFEH और WPT के लिए एंटीना डिज़ाइन का एक मानक वर्गीकरण प्रस्तावित करता है जो पिछले साहित्य में प्रस्तावित नहीं किया गया है। उच्च RF-से-DC दक्षता प्राप्त करने के लिए तीन बुनियादी एंटीना आवश्यकताओं की पहचान इस प्रकार 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 घटना तरंग के बीच ध्रुवीकरण मिलान।
प्रतिबाधा के आधार पर, रेक्टेना को 50Ω और रेक्टिफायर संयुग्मित रेक्टेना में वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें विभिन्न बैंडों और भारों के बीच प्रतिबाधा मिलान और प्रत्येक मिलान विधि की दक्षता पर ध्यान केंद्रित किया जाता है।
SoA रेक्टेना की विकिरण विशेषताओं की समीक्षा प्रत्यक्षता और ध्रुवीकरण के दृष्टिकोण से 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 के लिए CP रेक्टेना की समीक्षा की गई है, साथ ही WPT और RFEH के लिए ध्रुवीकरण-स्वतंत्र रिसेप्शन प्राप्त करने के लिए विभिन्न कार्यान्वयनों की भी समीक्षा की गई है।
एंटेना के बारे में अधिक जानने के लिए कृपया यहां जाएं:
पोस्ट करने का समय: अगस्त-16-2024
