1. Fa'atomuaga
O le fa'aaogāina o le malosi o le leitio (RF) (RFEH) ma le fa'aliliuina o le malosi uaealesi (WPT) ua tosina mai ai le tele o le naunau e fai ma metotia e ausia ai feso'ota'iga uaealesi tumau e aunoa ma ni maa. O Rectennas o le maa autu lea o faiga WPT ma RFEH ma e iai sona aafiaga tele i le malosiaga DC e tu'uina atu i le avega. O elemene o le antenna o le rectenna e a'afia sa'o ai le lelei o le fa'aaogāina, lea e mafai ona suia ai le malosiaga fa'aaogāina i ni nai fa'atonuga o le tele. O lenei pepa e iloiloina ai mamanu o le antenna e fa'aaogaina i le WPT ma fa'aoga RFEH ambient. O rectennas ua lipotia mai ua fa'avasegaina e tusa ai ma ta'iala autu e lua: le bandwidth o le fa'asa'oina o le antenna ma uiga o le radiation o le antenna. Mo ta'iala ta'itasi, o le fuainumera o le taua (FoM) mo fa'aoga eseese e fuafuaina ma toe iloiloina fa'atusatusa.
Na fautuaina e Tesla le WPT i le amataga o le seneturi lona 20 o se metotia e faʻasalalauina ai le faitau afe o horsepower. O le upu rectenna, lea e faʻamatalaina ai se antenna e fesoʻotaʻi i se rectifier e selesele ai le malosiaga RF, na aliaʻe mai i le 1950s mo faʻaoga faʻasalalauga malosiaga microwave i le vateatea ma le faʻamalosia o vaalele e leai ni pailate. Omnidirectional, long-range WPT e faʻatapulaʻaina e meatotino faaletino o le auala faʻasalalau (ea). O le mea lea, o le WPT faapisinisi e faʻatapulaʻaina tele lava i le near-field non-radiative power transfer mo le faʻatumuina o mea faʻaeletoronika a tagata faʻatau uaealesi poʻo le RFID.
A'o fa'aauau pea ona fa'aitiitia le fa'aaogaina o le eletise o masini semiconductor ma node sensor uaealesi, ua sili atu ona faigofie ona fa'amalosia node sensor e fa'aaoga ai le RFEH ambient po'o le fa'aaogaina o transmitters omnidirectional e tufatufaina maualalo le malosi. O faiga fa'aeletise uaealesi e matua maualalo le malosi e masani ona aofia ai se pito i luma e maua ai le RF, pulega o le malosiaga ma le manatua o le DC, ma se microprocessor ma se transceiver e maualalo le malosi.
O loʻo faʻaalia i le Ata 1 le fausaga o se RFEH wireless node ma faʻatinoga masani o le RF front-end. O le lelei atoatoa o le faiga eletise uaealesi ma le fausaga o le synchronized wireless information and power transfer network e faʻalagolago i le faʻatinoga o vaega taʻitasi, e pei o antennas, rectifiers, ma matagaluega o le pulega o le eletise. E tele suʻesuʻega tusitusia ua faia mo vaega eseese o le faiga. O loʻo aoteleina i le Laulau 1 le laʻasaga o le liua o le eletise, vaega autu mo le liua lelei o le eletise, ma suʻesuʻega tusitusia e fesoʻotaʻi mo vaega taʻitasi. O tusitusiga lata mai e taulaʻi i tekinolosi liua o le eletise, rectifier topologies, poʻo le network-e-iloilo RFEH.
Ata 1
Peita'i, o le mamanuina o le antenna e le o se vaega taua i le RFEH. E ui o nisi tusitusiga e mafaufau i le bandwidth ma le lelei o le antenna mai se vaaiga lautele pe mai se vaaiga faapitoa o le mamanu o le antenna, e pei o antenna laiti po'o antenna e mafai ona ofuina, o le a'afiaga o nisi o parakalafa antenna i le mauaina o le eletise ma le lelei o le liua e le'o iloiloina auiliili.
O lenei pepa e iloiloina ai metotia o le mamanuina o antenna i totonu o rectennas ma le sini e iloa ai luʻitau faapitoa o le mamanuina o antenna RFEH ma WPT mai le mamanu masani o antenna fesoʻotaʻiga. E faʻatusatusa antenna mai itu e lua: le fetaui lelei o le impedance mai le pito i tua i le pito ma uiga o le radiation; i tulaga taʻitasi, e faʻailoa ma toe iloiloina le FoM i antenna faʻaonaponei (SoA).
2. Bandwidth ma le Fetuunaiga: Fesootaiga RF e le o le 50Ω
O le impedance uiga ese o le 50Ω o se iloiloga vave lea o le feeseeseaʻiga i le va o le faʻaitiitia o le malosi ma le mana i faʻaoga faʻainisinia microwave. I antennas, o le bandwidth impedance e faʻamatalaina o le vaega o le frequency lea e itiiti ifo ai le mana e atagia mai i le 10% (S11< − 10 dB). Talu ai o amplifiers low noise (LNAs), power amplifiers, ma detectors e masani ona mamanuina ma se 50Ω input impedance match, o se puna 50Ω e masani ona faʻasino i ai.
I totonu o se rectenna, o le output o le antenna e fafaga sa'o i totonu o le rectifier, ma o le nonlinearity o le diode e mafua ai se suiga tele i le input impedance, faatasi ai ma le capacitive component e pulea. I le manatu o se antenna 50Ω, o le lu'itau autu o le mamanuina lea o se RF matching network faaopoopo e liua ai le input impedance i le impedance o le rectifier i le frequency e fiafia i ai ma fa'aleleia mo se tulaga fa'apitoa o le malosiaga. I lenei tulaga, e mana'omia le end-to-end impedance bandwidth e fa'amautinoa ai le lelei o le RF i le DC conversion. O le mea lea, e ui lava e mafai e antenna ona ausia le theoretical infinite po'o le ultra-wide bandwidth e fa'aaoga ai periodic elements po'o le self-complementary geometry, o le bandwidth o le rectenna o le a fa'alavelaveina e le rectifier matching network.
Ua fautuaina mai ni nai topologies rectenna e ausia ai le single-band ma le multi-band harvesting po'o le WPT e ala i le fa'aitiitia o le reflections ma le fa'ateleina o le fesiitaiga o le eletise i le va o le antenna ma le rectifier. O lo'o fa'aalia i le Ata 2 fausaga o topologies rectenna ua lipotia mai, ua vaevaeina e ala i le latou impedance matching architecture. O lo'o fa'aalia i le Laulau 2 fa'ata'ita'iga o rectennas maualuga-fa'atinoga e tusa ai ma le end-to-end bandwidth (i lenei tulaga, FoM) mo vaega ta'itasi.
Ata 2 O foliga o Rectenna mai le vaaiga o le bandwidth ma le impedance matching. (a) Rectenna band-tasi ma le antenna masani. (b) Rectenna band-tele (e aofia ai le tele o antenna e fesoʻotaʻi faʻatasi) ma le tasi le rectifier ma le fesoʻotaʻiga tutusa i le band. (c) Rectenna Broadband ma le tele o RF ports ma fesoʻotaʻiga eseese mo band taʻitasi. (d) Rectenna Broadband ma le antenna broadband ma le fesoʻotaʻiga tutusa broadband. (e) Rectenna band-tasi e faʻaaogaina ai le antenna laʻititi eletise e faʻafetaui saʻo i le rectifier. (f) Antenna band-tasi, tele eletise ma le impedance faigata e faʻapipiʻi ma le rectifier. (g) Rectenna Broadband ma le impedance faigata e faʻapipiʻi ma le rectifier i luga o le tele o frequencies.
E ui o le WPT ma le ambient RFEH mai le fafaga fa'apitoa o ni fa'aoga eseese o le rectenna, o le ausiaina o le fa'atusatusaga mai le pito i le pito i le va o le antenna, rectifier ma le avega e taua tele mo le ausiaina o le maualuga o le lelei o le liua o le malosiaga (PCE) mai se vaaiga o le bandwidth. Ae ui i lea, o WPT rectennas e sili atu ona taula'i i le ausiaina o le maualuga o le factor matching (maualalo le S11) e fa'aleleia atili ai le single-band PCE i nisi tulaga o le malosiaga (topologies a, e ma le f). O le lautele o le bandwidth o le single-band WPT e fa'aleleia atili ai le puipuiga o le faiga mai le detuning, fa'aletonu o le gaosiga ma parasitics afifiina. I le isi itu, o RFEH rectennas e fa'amuamua le fa'agaioiga o le tele-band ma e aofia i topologies bd ma g, aua o le power spectral density (PSD) o se tasi band e masani ona maualalo.
3. Fuafuaga o le antenna faatafafā
1. Rectenna taimi e tasi
O le mamanu o le antenna o le rectenna e tasi le taimi (topology A) e faʻavae tele lava i luga o le mamanu masani o le antenna, e pei o le linear polarization (LP) poʻo le circular polarization (CP) e faʻasalalauina le patch i luga o le ground plane, dipole antenna ma le inverted F antenna. O le differential band rectenna e faʻavae i luga o le DC combination array ua faʻatulagaina ma le tele o antenna units poʻo le fefiloi o le DC ma le RF combination o le tele o patch units.
Talu ai o le tele o antenna ua fautuaina o antenna e tasi le taimi ma e ausia ai manaʻoga o le WPT e tasi le taimi, pe a sailia le RFEH tele-taimi e faʻaaogaina ai le siosiomaga, e tuʻufaʻatasia le tele o antenna e tasi le taimi i ni rectennas e tele-band (topology B) faʻatasi ai ma le taofiofia o le fesoʻotaʻiga faʻatasi ma le tuʻufaʻatasiga tutoʻatasi o le DC pe a uma le matagaluega pulega o le eletise e vavaeʻese atoa ai mai le matagaluega mauaina ma le liua o le RF. O lenei mea e manaʻomia ai le tele o matagaluega pulega o le eletise mo fusi taʻitasi, lea e ono faʻaitiitia ai le lelei o le faʻaliliuga faʻamalosi ona e maualalo le malosiaga DC o se fusi e tasi.
2. Antenna RFEH e tele-band ma broadband
E masani ona fesoota'i le RFEH fa'ale-siosiomaga ma le mauaina o le tele-band; o le mea lea, ua fautuaina ai le tele o metotia mo le fa'aleleia atili o le bandwidth o mamanu masani o antenna ma metotia mo le fausiaina o fa'asologa o antenna lua-band po'o band. I lenei vaega, matou te iloiloina ai mamanu fa'apitoa o antenna mo RFEH, fa'apea fo'i ma antenna masani e tele-band ma le gafatia e fa'aaoga o ni rectennas.
E itiiti ifo le lautele o le eria o antenna monopole coplanar waveguide (CPW) nai lo antenna patch microstrip i le tutusa o le televave ma e maua ai galu LP po'o le CP, ma e masani ona fa'aaogaina mo rectennas lautele o le siosiomaga. E fa'aaogaina vaalele atagia e fa'ateleina ai le vavae'ese ma fa'aleleia atili ai le maua, ma i'u ai i mamanu o le fa'asalalauina e tutusa ma antenna patch. E fa'aaogaina antenna waveguide coplanar slotted e fa'aleleia atili ai le bandwidths impedance mo le tele o fusi o taimi, e pei o le 1.8–2.7 GHz po'o le 1–3 GHz. E masani fo'i ona fa'aaogaina antenna slot coupled-fed ma antenna patch i mamanu rectenna multi-band. O lo'o fa'aalia i le Ata 3 nisi o antenna multi-band ua lipotia mai e fa'aaogaina le sili atu ma le tasi le metotia fa'aleleia o le bandwidth.
Ata 3
Fa'atusatusaga o le Impedance o le Antenna-Rectifier
O le fa'afetauiina o se antenna 50Ω i se rectifier nonlinear e faigata ona o lona impedance input e matua eseese lava ma le frequency. I topologies A ma le B (Ata 2), o le network fa'afetaui masani o se LC match e fa'aaoga ai elemene lumped; peita'i, o le bandwidth fa'atatau e masani ona maualalo ifo nai lo le tele o fusi feso'ota'iga. O le single-band stub matching e masani ona fa'aaogaina i microwave ma millimeter-wave bands i lalo ifo o le 6 GHz, ma o millimeter-wave rectennas lipotia e iai se bandwidth vaapiapi ona o lo latou PCE bandwidth e fa'alavelaveina e le output harmonic suppression, lea e matua talafeagai ai mo talosaga single-band WPT i le 24 GHz unlicensed band.
O rectennas i topologies C ma le D e sili atu ona lavelave feso'ota'iga fa'afetaui. Ua fautuaina feso'ota'iga fa'afetaui laina tufatufaina atoatoa mo le fa'afetauiina o le broadband, fa'atasi ai ma se poloka RF/DC short circuit (pass filter) i le output port po'o se DC blocking capacitor e fai ma auala toe fo'i mo diode harmonics. E mafai ona suia vaega o le rectifier e ni capacitors interdigitated board printed circuit board (PCB), lea e fa'apipi'iina e fa'aaoga ai meafaigaluega fa'akomepiuta fa'apisinisi mo le mamanuina o eletise. O isi feso'ota'iga fa'afetaui broadband rectenna ua lipotia mai e tu'ufa'atasia ai elemene tu'ufa'atasi mo le fa'afetauiina i frequencies maualalo ma elemene tufatufaina mo le fatuina o se RF short i le input.
O le fesuia'iga o le input impedance e matauina e le avega e ala i se puna (e ta'ua o le source-pull technique) ua fa'aaogaina e mamanuina ai se broadband rectifier ma le 57% relative bandwidth (1.25–2.25 GHz) ma le 10% maualuga atu o le PCE pe a fa'atusatusa i lumped po'o distributed circuits. E ui o feso'ota'iga fa'atusatusa e masani ona mamanuina e fa'afetaui antennas i luga o le 50Ω bandwidth atoa, ae o lo'o i ai lipoti i tusitusiga o lo'o fa'afeso'ota'i ai antennas broadband i narrowband rectifiers.
O feso'ota'iga fa'atusatusa o elemene fa'aputu ma elemene tufatufaina ua fa'aaogaina lautele i topologies C ma le D, fa'atasi ai ma inductors fa'asologa ma capacitors o elemene fa'aputu e masani ona fa'aaogaina. O nei mea e 'alofia ai fausaga faigata e pei o capacitors interdigitated, lea e mana'omia ai le fa'ata'ita'iga ma le gaosiga sili atu ona sa'o nai lo laina microstrip masani.
O le malosiaga e ulufale i le rectifier e aʻafia ai le impedance e ulufale ona o le nonlinearity o le diode. O le mea lea, ua mamanuina le rectenna e faʻateleina ai le PCE mo se tulaga faʻapitoa o le malosiaga e ulufale ai ma le impedance o le uta. Talu ai o diodes e tele lava ina capacitive high impedance i frequencies i lalo ifo o le 3 GHz, o broadband rectennas e aveese ai fesoʻotaʻiga fetaui pe faʻaitiitia ai matagaluega faʻafetaui faigofie ua taulaʻi i frequencies Prf>0 dBm ma luga atu o le 1 GHz, talu ai o diodes e maualalo le capacitive impedance ma e mafai ona fetaui lelei ma le antenna, ma aloese ai mai le mamanuina o antennas ma input reactances >1,000Ω.
Ua vaaia le fetaui lelei o le impedance matching e mafai ona toe fa'atulagaina i totonu o CMOS rectennas, lea e aofia ai le feso'ota'iga fetaui i luga o le chip capacitor banks ma inductors. Ua fautuaina fo'i feso'ota'iga fetaui lelei o le CMOS mo antenna masani 50Ω fa'apea fo'i ma antenna loop ua mamanuina fa'atasi. Ua lipotia mai o lo'o fa'aaogaina masini iloa eletise CMOS e pulea ai ki e fa'asino le output o le antenna i rectifiers eseese ma feso'ota'iga fetaui e fa'atatau i le malosiaga o lo'o maua. Ua fautuaina se feso'ota'iga fetaui lelei e fa'aaoga ai capacitors lunped tunable, lea e fa'atulagaina e ala i le fa'aleleia atili a'o fuaina le input impedance e fa'aaoga ai se vector network analyzer. I feso'ota'iga fetaui lelei o microstrip e mafai ona toe fa'atulagaina, ua fa'aaogaina ki transistor field effect e fetu'una'i ai stubs fetaui e ausia ai uiga lua-band.
Mo nisi fa'amatalaga e uiga i antenna, fa'amolemole asiasi i le:
Taimi na lafoina ai: Aokuso-09-2024
