អង់តែន-រ៉េស៊ីហ្វ័រ សហរចនា
លក្ខណៈនៃ rectennas អនុវត្តតាម EG topology ក្នុងរូបភាពទី 2 គឺថាអង់តែនត្រូវបានផ្គូផ្គងដោយផ្ទាល់ទៅនឹង rectifier ជាជាងស្តង់ដារ 50Ω ដែលទាមទារឱ្យមានការបង្រួមអប្បបរមា ឬលុបបំបាត់សៀគ្វីដែលត្រូវគ្នាដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់ rectifier ។ ផ្នែកនេះពិនិត្យឡើងវិញនូវគុណសម្បត្តិរបស់ SoA rectennas ជាមួយនឹងអង់តែន និង rectenna មិនមែន50Ω ដោយគ្មានបណ្តាញដែលត្រូវគ្នា។
1. អង់តែនតូចអគ្គិសនី
អង់តែនរោទិ៍ LC ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងកម្មវិធីដែលទំហំប្រព័ន្ធមានសារៈសំខាន់។ នៅប្រេកង់ក្រោម 1 GHz រលកចម្ងាយអាចបណ្តាលឱ្យអង់តែនធាតុដែលបានចែកចាយស្តង់ដារកាន់កាប់កន្លែងច្រើនជាងទំហំទាំងមូលនៃប្រព័ន្ធ ហើយកម្មវិធីដូចជាឧបករណ៍បញ្ជូនដែលរួមបញ្ចូលគ្នាយ៉ាងពេញលេញសម្រាប់ការផ្សាំរាងកាយជាពិសេសទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍ពីការប្រើប្រាស់អង់តែនតូចអេឡិចត្រូនិចសម្រាប់ WPT ។
អាំងតង់ស៊ីតេខ្ពស់នៃអង់តែនតូច (នៅជិត resonance) អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីភ្ជាប់ឧបករណ៍កែតម្រូវដោយផ្ទាល់ឬជាមួយបណ្តាញផ្គូផ្គង capacitive នៅលើបន្ទះឈីបបន្ថែម។ អង់តែនតូចអគ្គិសនីត្រូវបានរាយការណ៍នៅក្នុង WPT ដែលមាន LP និង CP ក្រោម 1 GHz ដោយប្រើអង់តែន Huygens dipole ជាមួយនឹង ka=0.645 ខណៈពេលដែល ka=5.91 នៅក្នុង dipoles ធម្មតា (ka=2πr/λ0)។
2. Rectifier conjugate អង់តែន
impedance បញ្ចូលធម្មតានៃ diode គឺ capacitive ខ្ពស់ ដូច្នេះអង់តែន inductive គឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីសម្រេចបាន conjugate impedance ។ ដោយសារតែភាពធន់នៃសមត្ថភាពរបស់បន្ទះឈីប អង់តែនអាំងឌុចទ័លអាំងឌុចស័រខ្ពស់ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងស្លាក RFID ។ ថ្មីៗនេះ អង់តែន Dipole បានក្លាយជានិន្នាការនៃអង់តែន RFID impedance ស្មុគ្រស្មាញ ដែលបង្ហាញនូវ impedance ខ្ពស់ (ធន់ និងប្រតិកម្ម) នៅជិតប្រេកង់ resonant របស់វា។
អង់តែន dipole inductive ត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្គូផ្គង capacitance ខ្ពស់នៃ rectifier ក្នុងប្រេកង់ចំណាប់អារម្មណ៍។ នៅក្នុងអង់តែន dipole បត់ បន្ទាត់ខ្លីពីរដង (dipole folding) ដើរតួជា impedance transformer ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការរចនាអង់តែន impedance ខ្ពស់។ ម៉្យាងទៀត ការចិញ្ចឹមដោយលំអៀងគឺទទួលខុសត្រូវចំពោះការបង្កើនប្រតិកម្មអាំងឌុចស្យុង ក៏ដូចជាការរារាំងជាក់ស្តែង។ ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃធាតុ dipole លំអៀងជាច្រើនជាមួយនឹងបង្គោលរ៉ាឌីកាល់ bow-tie មិនមានតុល្យភាពបង្កើតបានជាអង់តែនអាំងឌុចស្យុងខ្ពស់ទ្វេរដង។ រូបភាពទី 4 បង្ហាញពីអង់តែន conjugate rectifier ដែលបានរាយការណ៍មួយចំនួន។
រូបភាពទី 4
លក្ខណៈវិទ្យុសកម្មនៅក្នុង RFEH និង WPT
នៅក្នុងគំរូ Friis ថាមពល PRX ដែលទទួលបានដោយអង់តែននៅចម្ងាយ d ពីឧបករណ៍បញ្ជូនគឺជាមុខងារផ្ទាល់របស់អ្នកទទួលនិងអ្នកបញ្ជូន (GRX, GTX) ។
ទិសដៅ និងបន្ទាត់រាងប៉ូលចម្បងរបស់អង់តែនប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅលើបរិមាណថាមពលដែលប្រមូលបានពីរលកឧបទ្ទវហេតុ។ លក្ខណៈវិទ្យុសកម្មអង់តែនគឺជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ដែលបែងចែករវាង RFEH និង WPT (រូបភាពទី 5) ។ ខណៈពេលដែលនៅក្នុងកម្មវិធីទាំងពីរ ឧបករណ៍ផ្សព្វផ្សាយអាចមិនស្គាល់ ហើយឥទ្ធិពលរបស់វាទៅលើរលកដែលទទួលបានចាំបាច់ត្រូវយកមកពិចារណា ចំណេះដឹងអំពីអង់តែនបញ្ជូនអាចត្រូវបានគេប្រើប្រាស់។ តារាងទី 3 កំណត់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗដែលបានពិភាក្សានៅក្នុងផ្នែកនេះ និងការអនុវត្តរបស់ពួកគេចំពោះ RFEH និង WPT ។
រូបភាពទី 5
1. ទិសដៅនិងទទួលបាន
នៅក្នុងកម្មវិធី RFEH និង WPT ភាគច្រើន វាត្រូវបានសន្មត់ថា អ្នកប្រមូលមិនបានដឹងពីទិសដៅនៃវិទ្យុសកម្មឧបទ្ទវហេតុ ហើយមិនមានផ្លូវ line-of-sight (LoS) ទេ។ នៅក្នុងការងារនេះ ការរចនា និងទីតាំងអង់តែនជាច្រើនត្រូវបានស៊ើបអង្កេត ដើម្បីបង្កើនថាមពលដែលទទួលបានពីប្រភពមិនស្គាល់ ឯករាជ្យពីការតម្រឹម lobe សំខាន់រវាងឧបករណ៍បញ្ជូន និងឧបករណ៍ទទួល។
អង់តែន Omnidirectional ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុង RFEH rectennas បរិស្ថាន។ នៅក្នុងអក្សរសិល្ប៍ PSD ប្រែប្រួលអាស្រ័យលើការតំរង់ទិសនៃអង់តែន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការប្រែប្រួលនៃថាមពលមិនត្រូវបានពន្យល់ទេ ដូច្នេះវាមិនអាចកំណត់ថាតើការប្រែប្រួលនេះកើតឡើងដោយសារគំរូវិទ្យុសកម្មរបស់អង់តែន ឬដោយសារតែភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូល។
បន្ថែមពីលើកម្មវិធី RFEH អង់តែន និងអារេទិសដៅដែលទទួលបានខ្ពស់ត្រូវបានរាយការណ៍យ៉ាងទូលំទូលាយសម្រាប់មីក្រូវ៉េវ WPT ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការប្រមូលផ្តុំនៃដង់ស៊ីតេថាមពល RF ទាប ឬយកឈ្នះការបាត់បង់ការផ្សព្វផ្សាយ។ អារេ Yagi-Uda rectenna, អារេ bowtie, អារេវង់, អារេ Vivaldi ភ្ជាប់យ៉ាងតឹងរ៉ឹង, អារេ CPW CP និង patch arrays ស្ថិតក្នុងចំណោមការអនុវត្ត rectenna ដែលអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានដែលអាចបង្កើនដង់ស៊ីតេថាមពលឧប្បត្តិហេតុនៅក្រោមតំបន់ជាក់លាក់មួយ។ វិធីសាស្រ្តផ្សេងទៀតដើម្បីកែលម្អការទទួលបានអង់តែនរួមមានបច្ចេកវិទ្យា substrate integrated waveguide (SIW) នៅក្នុង microwave និង millimeter wave bands ដែលជាក់លាក់ចំពោះ WPT ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ rectennas ដែលទទួលបានខ្ពស់ត្រូវបានកំណត់ដោយ beamwidths តូចចង្អៀតដែលធ្វើឱ្យការទទួលរលកក្នុងទិសដៅបំពានមិនមានប្រសិទ្ធភាព។ ការស៊ើបអង្កេតលើចំនួននៃធាតុអង់តែន និងច្រកបានសន្និដ្ឋានថាការដឹកនាំខ្ពស់ជាងនេះមិនត្រូវគ្នាទៅនឹងថាមពលប្រមូលផលខ្ពស់ជាងនៅក្នុង RFEH ជុំវិញដោយសន្មតថាឧប្បត្តិហេតុបំពានបីវិមាត្រ។ នេះត្រូវបានផ្ទៀងផ្ទាត់ដោយការវាស់វែងវាលនៅក្នុងបរិស្ថានទីក្រុង។ អារេដែលទទួលបានខ្ពស់អាចត្រូវបានកំណត់ចំពោះកម្មវិធី WPT ។
ដើម្បីផ្ទេរអត្ថប្រយោជន៍នៃអង់តែនដែលទទួលបានខ្ពស់ទៅ RFEHs បំពាន ដំណោះស្រាយការវេចខ្ចប់ ឬប្លង់ត្រូវបានប្រើប្រាស់ដើម្បីជម្នះបញ្ហាដឹកនាំ។ ខ្សែដៃអង់តែនបំណះពីរត្រូវបានស្នើឡើងដើម្បីប្រមូលថាមពលពី Wi-Fi RFEHs ជុំវិញក្នុងទិសដៅពីរ។ អង់តែន RFEH កោសិកាព័ទ្ធជុំវិញក៏ត្រូវបានរចនាឡើងជាប្រអប់ 3D និងបោះពុម្ព ឬជាប់នឹងផ្ទៃខាងក្រៅ ដើម្បីកាត់បន្ថយតំបន់ប្រព័ន្ធ និងបើកការប្រមូលផលច្រើនទិស។ រចនាសម្ព័ន្ធ rectenna គូបបង្ហាញពីប្រូបាប៊ីលីតេខ្ពស់នៃការទទួលថាមពលនៅក្នុង RFEHs ជុំវិញ។
ការកែលម្អការរចនាអង់តែនដើម្បីបង្កើនទទឹងធ្នឹម រួមទាំងធាតុបំណះប៉ារ៉ាស៊ីតជំនួយ ត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីកែលម្អ WPT នៅ 2.4 GHz អារេ 4 × 1 ។ អង់តែនសំណាញ់ 6 GHz ដែលមានតំបន់ធ្នឹមច្រើនក៏ត្រូវបានស្នើឡើងផងដែរ ដោយបង្ហាញពីធ្នឹមជាច្រើនក្នុងមួយច្រក។ Multi-port, multi-rectifier surface rectennas និងអង់តែនប្រមូលថាមពលដែលមានលំនាំវិទ្យុសកម្ម omnidirectional ត្រូវបានស្នើឡើងសម្រាប់ RFEH ពហុទិស និងពហុប៉ូល។ Multi-rectifiers ជាមួយនឹង beamforming matrices និង multi-port antenna arrays ក៏ត្រូវបានស្នើឡើងសម្រាប់ការប្រមូលផលថាមពលច្រើនទិសដៅដែលទទួលផលខ្ពស់ផងដែរ។
សរុបមក ខណៈពេលដែលអង់តែនដែលទទួលបានខ្ពស់ត្រូវបានគេពេញចិត្តក្នុងការកែលម្អថាមពលដែលប្រមូលបានពីដង់ស៊ីតេ RF ទាប អ្នកទទួលដែលមានទិសដៅខ្ពស់អាចនឹងមិនល្អបំផុតនៅក្នុងកម្មវិធីដែលមិនស្គាល់ទិសដៅបញ្ជូន (ឧទាហរណ៍ RFEH ព័ទ្ធជុំវិញ ឬ WPT តាមរយៈបណ្តាញផ្សព្វផ្សាយដែលមិនស្គាល់)។ នៅក្នុងការងារនេះ វិធីសាស្រ្តពហុធ្នឹមត្រូវបានស្នើឡើងសម្រាប់ WPT និង RFEH ដែលទទួលបានច្រើនទិសដៅខ្ពស់។
2. អង់តែន Polarization
ប៉ូលអង់តែនពិពណ៌នាអំពីចលនានៃវ៉ិចទ័រវាលអគ្គិសនីដែលទាក់ទងទៅនឹងទិសដៅនៃការឃោសនារបស់អង់តែន។ ភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូលអាចនាំឱ្យកាត់បន្ថយការបញ្ជូន/ទទួលរវាងអង់តែន សូម្បីតែនៅពេលដែលទិសដៅនៃ lobe សំខាន់ត្រូវបានតម្រឹមក៏ដោយ។ ឧទាហរណ៍ ប្រសិនបើអង់តែន LP បញ្ឈរត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការបញ្ជូន ហើយអង់តែន LP ផ្ដេកត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការទទួល នោះនឹងមិនទទួលបានថាមពលទេ។ នៅក្នុងផ្នែកនេះ វិធីសាស្ត្រដែលបានរាយការណ៍សម្រាប់ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពការទទួលឥតខ្សែ និងជៀសវាងការខាតបង់មិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូលត្រូវបានពិនិត្យឡើងវិញ។ សេចក្តីសង្ខេបនៃស្ថាបត្យកម្ម rectenna ដែលត្រូវបានស្នើឡើងទាក់ទងនឹងបន្ទាត់រាងប៉ូលត្រូវបានផ្តល់ឱ្យក្នុងរូបភាពទី 6 ហើយឧទាហរណ៍ SoA ត្រូវបានផ្តល់ឱ្យក្នុងតារាងទី 4 ។
រូបភាពទី 6
នៅក្នុងការទំនាក់ទំនងតាមទូរសព្ទ ការតម្រឹមបន្ទាត់រាងប៉ូលរវាងស្ថានីយមូលដ្ឋាន និងទូរសព្ទចល័តទំនងជាមិនអាចសម្រេចបានទេ ដូច្នេះអង់តែនស្ថានីយមូលដ្ឋានត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីឱ្យមានប៉ូលពីរ ឬពហុប៉ូល ដើម្បីជៀសវាងការខាតបង់មិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូល។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការប្រែប្រួលប៉ូលនៃរលក LP ដោយសារឥទ្ធិពលពហុផ្លូវនៅតែជាបញ្ហាដែលមិនអាចដោះស្រាយបាន។ ដោយផ្អែកលើការសន្មត់នៃស្ថានីយ៍មូលដ្ឋានចល័តពហុប៉ូល អង់តែន RFEH កោសិកាត្រូវបានរចនាឡើងជាអង់តែន LP ។
CP rectennas ត្រូវបានប្រើជាចម្បងនៅក្នុង WPT ព្រោះវាមានភាពធន់នឹងភាពមិនស៊ីសង្វាក់គ្នា។ អង់តែន CP អាចទទួលវិទ្យុសកម្ម CP ជាមួយនឹងទិសដៅបង្វិលដូចគ្នា (CP ដៃឆ្វេង ឬស្តាំ) បន្ថែមពីលើរលក LP ទាំងអស់ដោយមិនបាត់បង់ថាមពល។ ក្នុងករណីណាក៏ដោយ អង់តែន CP បញ្ជូន ហើយអង់តែន LP ទទួលបានជាមួយនឹងការបាត់បង់ 3 dB (ការបាត់បង់ថាមពល 50%) ។ CP rectennas ត្រូវបានគេរាយការណ៍ថាសមរម្យសម្រាប់ 900 MHz និង 2.4 GHz និង 5.8 GHz ក្រុមតន្រ្តីឧស្សាហកម្ម វិទ្យាសាស្ត្រ និងវេជ្ជសាស្ត្រ ព្រមទាំងរលកមីលីម៉ែត្រផងដែរ។ នៅក្នុង RFEH នៃរលកប៉ូឡូរីសតាមអំពើចិត្ត ភាពចម្រុះនៃបន្ទាត់រាងប៉ូលតំណាងឱ្យដំណោះស្រាយដ៏មានសក្តានុពលចំពោះការបាត់បង់ភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូល។
បន្ទាត់រាងប៉ូលពេញលេញ ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាពហុប៉ូលត្រូវបានស្នើឡើងដើម្បីយកឈ្នះទាំងស្រុងនូវការខាតបង់មិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូល ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការប្រមូលផ្ដុំនៃរលក CP និង LP ដែលធាតុ LP រាងពងក្រពើពីរអាចទទួលបានរលក LP និង CP ទាំងអស់។ ដើម្បីបង្ហាញនេះ តង់ស្យុងសុទ្ធបញ្ឈរ និងផ្ដេក (VV និង VH) នៅតែថេរដោយមិនគិតពីមុំប៉ូល៖
រលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក CP "E" វាលអគ្គីសនីដែលថាមពលត្រូវបានប្រមូលពីរដង (ម្តងក្នុងមួយឯកតា) ដោយហេតុនេះទទួលបានសមាសធាតុ CP យ៉ាងពេញលេញហើយយកឈ្នះលើការបាត់បង់មិនស៊ីគ្នានៃបន្ទាត់រាងប៉ូល 3 dB៖
ជាចុងក្រោយ តាមរយៈការរួមបញ្ចូលគ្នានៃ DC រលកឧប្បត្តិហេតុនៃបន្ទាត់រាងប៉ូលតាមអំពើចិត្តអាចត្រូវបានទទួល។ រូបភាពទី 7 បង្ហាញពីធរណីមាត្រនៃ rectenna រាងប៉ូលពេញលេញដែលបានរាយការណ៍។
រូបភាពទី 7
សរុបមក នៅក្នុងកម្មវិធី WPT ជាមួយនឹងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពល CP ត្រូវបានគេពេញចិត្ត ព្រោះវាធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាព WPT ដោយមិនគិតពីមុំប៉ូលនៃអង់តែន។ ម៉្យាងវិញទៀត ក្នុងការទទួលបានប្រភពច្រើន ជាពិសេសពីប្រភពជុំវិញ អង់តែនដែលមានប៉ូឡូញពេញលេញអាចសម្រេចបាននូវការទទួលស្វាគមន៍រួមកាន់តែប្រសើរ និងអាចចល័តបានអតិបរមា។ ស្ថាបត្យកម្ម multi-port/multi-rectifier គឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីបញ្ចូលគ្នានូវថាមពលប៉ូឡូញពេញលេញនៅ RF ឬ DC។
សង្ខេប
ឯកសារនេះពិនិត្យមើលវឌ្ឍនភាពថ្មីៗក្នុងការរចនាអង់តែនសម្រាប់ RFEH និង WPT ហើយស្នើឱ្យមានការចាត់ថ្នាក់ស្តង់ដារនៃការរចនាអង់តែនសម្រាប់ RFEH និង WPT ដែលមិនត្រូវបានស្នើឡើងក្នុងអក្សរសិល្ប៍ពីមុន។ តម្រូវការអង់តែនជាមូលដ្ឋានចំនួនបីសម្រាប់ការសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាព RF-to-DC ខ្ពស់ត្រូវបានកំណត់អត្តសញ្ញាណដូចជា៖
1. អង់តែន rectifier impedance bandwidth សម្រាប់ RFEH និង WPT bands ចំណាប់អារម្មណ៍;
2. ការតម្រឹម lobe សំខាន់រវាងឧបករណ៍បញ្ជូន និងអ្នកទទួលនៅក្នុង WPT ពី feed ជាក់លាក់មួយ;
3. ការផ្គូផ្គងបន្ទាត់រាងប៉ូលរវាង rectenna និងរលកឧប្បត្តិហេតុដោយមិនគិតពីមុំនិងទីតាំង។
ដោយផ្អែកលើ impedance, rectennas ត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ទៅជា 50Ω និង rectifier conjugate rectennas ដោយផ្តោតលើការផ្គូផ្គង impedance រវាង bands និង loads ផ្សេងៗគ្នា និងប្រសិទ្ធភាពនៃវិធីផ្គូផ្គងនីមួយៗ។
លក្ខណៈវិទ្យុសកម្មនៃ SoA rectennas ត្រូវបានពិនិត្យឡើងវិញពីទស្សនៈនៃការដឹកនាំ និងបន្ទាត់រាងប៉ូល។ វិធីសាស្រ្តដើម្បីកែលម្អការទទួលបានដោយទម្រង់ធ្នឹម និងការវេចខ្ចប់ដើម្បីយកឈ្នះធ្នឹមទទឹងតូចចង្អៀតត្រូវបានពិភាក្សា។ ជាចុងក្រោយ CP rectennas សម្រាប់ WPT ត្រូវបានពិនិត្យ រួមជាមួយនឹងការអនុវត្តន៍ផ្សេងៗ ដើម្បីសម្រេចបាននូវការទទួលស្វាគមន៍ឯករាជ្យប៉ូលសម្រាប់ WPT និង RFEH ។
ដើម្បីស្វែងយល់បន្ថែមអំពីអង់តែន សូមចូលទៅកាន់៖
ពេលវេលាផ្សាយ៖ សីហា-១៦-២០២៤
