Samhönnun loftnets og leiðréttingar
Einkenni ferhyrninga sem fylgja EG-staðlinum á mynd 2 er að loftnetið er tengt beint við jafnréttisstöngina, frekar en 50Ω staðalinn, sem krefst þess að lágmarka eða útrýma samsvörunarrásinni sem knýr jafnréttisstöngina. Í þessum kafla er fjallað um kosti SoA-ferhyrninga með loftnetum sem ekki eru 50Ω og ferhyrninga án samsvörunarneta.
1. Rafmagnssmáar loftnet
LC hringlaga loftnet hafa verið mikið notuð í forritum þar sem stærð kerfisins skiptir sköpum. Við tíðni undir 1 GHz getur bylgjulengdin valdið því að hefðbundin dreifð loftnet taki meira pláss en heildarstærð kerfisins, og forrit eins og fullkomlega samþætt senditæki fyrir líkamsígræðslur njóta sérstaklega góðs af notkun rafmagnslega lítilla loftneta fyrir WPT.
Hátt rafviðnám litla loftnetsins (nálægt ómun) getur verið notað til að tengja jafnréttisrann beint eða við viðbótar rafrýmd samsvörunarnet á örgjörvanum. Greint hefur verið frá rafmagnalega litlum loftnetum í kraftmiklum spennum með LP og CP undir 1 GHz með því að nota Huygens tvípólloftnet, með ka = 0,645, en ka = 5,91 í venjulegum tvípólum (ka = 2πr/λ0).
2. Samtengd loftnet fyrir jafnrétti
Dæmigert inntaksviðnám díóðu er mjög rafrýmd, þannig að rafleiðandi loftnet er nauðsynlegt til að ná samtengdri viðnámi. Vegna rafrýmdarviðnáms örgjörvans hafa háviðnáms rafleiðandi loftnet verið mikið notuð í RFID-merkjum. Tvípóla loftnet hafa nýlega orðið vinsæl í flóknum viðnámsloftnetum RFID, sem sýna háviðnám (viðnám og hvarfgetu) nálægt ómsveiflutíðni sinni.
Spanningsdípólarloftnet hafa verið notuð til að aðlaga háa rýmd jafnréttisans í viðkomandi tíðnisviði. Í brotnu tvípólarloftneti virkar tvöfalda stutta línan (dípólarbrot) sem viðnámsspennir, sem gerir kleift að hanna loftnet með mjög háu viðnámi. Einnig er bias-fóðrun ábyrg fyrir því að auka bæði spanviðnámið og raunverulegt viðnám. Með því að sameina mörg spönnuð tvípólareiningar við ójafnvægð geislalaga stubba myndast tvöfalt breiðbands loftnet með háu viðnámi. Mynd 4 sýnir nokkur tilkynnt samtengd jafnréttisloftnet.
Mynd 4
Geislunareiginleikar í RFEH og WPT
Í Friis líkaninu er aflið PRX sem loftnet í fjarlægð d frá sendinum tekur við beint fall af móttakara- og sendistyrk (GRX, GTX).
Stefnuháttur og skautun aðalbylgjunnar (e. main lobe direct stefndar) hafa bein áhrif á magn orku sem safnast frá innfallandi bylgjunni. Geislunareiginleikar loftnetsins eru lykilþættir sem aðgreina á milli umhverfisbylgjuútgeislunar (RFEH) og WPT (WPT) (Mynd 5). Þó að í báðum tilfellum geti útbreiðslumiðillinn verið óþekktur og áhrif hans á mótteknu bylgjuna þurfi að hafa í huga, er hægt að nýta sér þekkingu á sendiloftnetinu. Tafla 3 sýnir lykilþættina sem ræddir eru í þessum kafla og notagildi þeirra fyrir RFEH og WPT.
Mynd 5
1. Stefnufræði og ávinningur
Í flestum RFEH og WPT forritum er gert ráð fyrir að safnarinn viti ekki stefnu innfallandi geislunarinnar og að engin sjónlína (LoS) sé til staðar. Í þessari vinnu hafa margar loftnetahönnanir og staðsetningar verið rannsakaðar til að hámarka móttekið afl frá óþekktum uppsprettu, óháð aðallopastillingu milli sendanda og móttakara.
Alhliða loftnet hafa verið mikið notuð í RFEH ferhyrningum í umhverfislegum aðstæðum. Í fræðiritum er PSD breytilegt eftir stefnu loftnetsins. Hins vegar hefur breytileiki í afli ekki verið útskýrður, þannig að ekki er hægt að ákvarða hvort breytileikinn stafar af geislunarmynstri loftnetsins eða af ósamræmi í skautun.
Auk RFEH notkunar hefur verið mikið fjallað um hástyrktar stefnuloftnet og fylki fyrir örbylgju-WPT til að bæta söfnun á lágum RF aflsþéttleika eða vinna bug á útbreiðslutapi. Yagi-Uda rétthyrningsfylki, bowtie fylki, spíral fylki, þétt tengd Vivaldi fylki, CPW CP fylki og plástursfylki eru meðal stigstærðra rétthyrningsútfærslna sem geta hámarkað innfallandi aflsþéttleika undir ákveðnu svæði. Aðrar aðferðir til að bæta loftnetsstyrk eru meðal annars undirlags-samþætt bylgjuleiðari (SIW) tækni í örbylgju- og millímetrabylgjusviðum, sértæk fyrir WPT. Hins vegar einkennast hástyrktar rétthyrningsloftnet af þröngum geislabreiddum, sem gerir móttöku bylgna í handahófskenndar áttir óhagkvæma. Rannsóknir á fjölda loftnetsþátta og tengja komust að þeirri niðurstöðu að meiri stefnuvirkni samsvarar ekki hærra uppskornu afli í umhverfis-RFEH að því gefnu að þrívíddar handahófskennd innkoma sé; þetta var staðfest með vettvangsmælingum í þéttbýli. Hástyrktar fylki geta verið takmörkuð við WPT notkun.
Til að flytja kosti hástyrktar loftneta yfir á handahófskenndar RFEH-loftnet eru notaðar lausnir í umbúðum eða skipulagi til að vinna bug á stefnuvandamálinu. Lagt er til tvöfalt loftnetsarmbönd til að nýta orku úr umhverfis-Wi-Fi RFEH-loftnetum í tvær áttir. Farsíma-RFEH-loftnet í umhverfi eru einnig hönnuð sem þrívíddarkassar og prentuð eða límd á ytra yfirborð til að minnka kerfisflatarmál og gera kleift að nýta orku í margar áttir. Teningslaga rétthyrndar uppbyggingar sýna meiri líkur á orkumóttöku í umhverfis-RFEH-loftnetum.
Úrbætur voru gerðar á hönnun loftneta til að auka geislabreidd, þar á meðal viðbótar sníkjudýraplástrarþættir, til að bæta orkunýtingu (WPT) við 2,4 GHz, 4 × 1 fylki. Einnig var lagt til 6 GHz möskvaloftnet með mörgum geislasvæðum, sem sýnir fram á marga geisla á hvert tengi. Fjöltengisloftnet, fjölleiðréttingaryfirborðsleiðréttingarloftnet og orkusöfnunarloftnet með alhliða geislunarmynstri hafa verið lögð til fyrir fjölátta og fjölskautaða RFEH. Fjölleiðréttingar með geislamyndunarfylkjum og fjöltengisloftnetsfylki hafa einnig verið lagðar til fyrir háhagnaðar, fjölátta orkusöfnun.
Í stuttu máli, þó að hástyrktar loftnet séu æskilegri til að bæta aflið sem nýst hefur úr lágum RF-þéttleika, þá eru mjög stefnuvirkir móttakarar hugsanlega ekki tilvaldir í forritum þar sem stefna sendisins er óþekkt (t.d. umhverfis RFEH eða WPT í gegnum óþekktar útbreiðslurásir). Í þessari vinnu eru lagðar til margar fjölgeislaaðferðir fyrir fjölstefnu hástyrktar WPT og RFEH.
2. Loftnetsskautun
Loftnetsskautun lýsir hreyfingu rafsviðsvigursins miðað við útbreiðslustefnu loftnetsins. Ósamræmi í skautun getur leitt til minnkaðrar sendingar/móttöku milli loftneta, jafnvel þótt aðalloftnetsáttirnar séu í takt. Til dæmis, ef lóðrétt LP-loftnet er notað fyrir sendingu og lárétt LP-loftnet fyrir móttöku, mun ekkert afl berast. Í þessum hluta er farið yfir aðferðir til að hámarka skilvirkni þráðlausrar móttöku og forðast tap vegna ósamræmis í skautun. Yfirlit yfir fyrirhugaða rétthyrningsbyggingu með tilliti til skautunar er gefið á mynd 6 og dæmi um SoA er gefið í töflu 4.
Mynd 6
Í farsímasamskiptum er ólíklegt að hægt sé að ná línulegri pólunarjöfnun milli grunnstöðva og farsíma, þannig að loftnet grunnstöðva eru hönnuð til að vera tvípóluð eða fjölpóluð til að forðast tap vegna ósamræmis í pólunarstillingu. Hins vegar er pólunarbreyting LP-bylgna vegna fjölleiðaráhrifa enn óleyst vandamál. Byggt á þeirri forsendu að farsímagrunnstöðvar séu fjölpólaðar eru farsíma RFEH-loftnet hönnuð sem LP-loftnet.
CP-loftnet eru aðallega notuð í kraftmikilli pólun (WPT) vegna þess að þau eru tiltölulega ónæm fyrir misræmi. CP-loftnet geta tekið á móti CP-geislun með sömu snúningsátt (vinstri eða hægri CP) auk allra LP-bylgna án orkutaps. Í öllum tilvikum sendir CP-loftnetið og LP-loftnetið tekur á móti með 3 dB tapi (50% orkutapi). CP-loftnet eru sögð henta fyrir 900 MHz og 2,4 GHz og 5,8 GHz iðnaðar-, vísinda- og læknisfræðileg bönd sem og millímetrabylgjur. Í RFEH handahófskenndra skautaðra bylgna er fjölbreytni í skautun möguleg lausn á tapi vegna misræmis í skautun.
Full skautun, einnig þekkt sem fjölskautun, hefur verið lögð til til að vinna bug á tapi vegna skautunarmisræmis að fullu, sem gerir kleift að safna bæði CP og LP bylgjum, þar sem tveir tvípólaðir, rétthyrndir LP frumefni taka í raun við öllum LP og CP bylgjum. Til að lýsa þessu, þá haldast lóðréttu og láréttu nettóspennurnar (VV og VH) stöðugar óháð skautunarhorninu:
Rafsegulsvið CP rafsegulbylgjunnar „E“, þar sem orku er safnað tvisvar (einu sinni á hverja einingu), og þannig er CP-þátturinn móttekinn að fullu og 3 dB pólunarmisræmistapið yfirstígið:
Að lokum, með jafnstraumssamsetningu, er hægt að taka á móti innfallandi bylgjum með handahófskenndri skautun. Mynd 7 sýnir rúmfræði hins skráða fullkomlega skautaða rétthyrnings.
Mynd 7
Í stuttu máli, í WPT forritum með sérstökum aflgjöfum er CP æskilegri því hún bætir skilvirkni WPT óháð pólunarhorni loftnetsins. Hins vegar, í fjölorkugjafamóttöku, sérstaklega frá umhverfisgjöfum, geta fullkomlega póluð loftnet náð betri heildarmóttöku og hámarks flytjanleika; fjölporta/fjölleiðréttingararkitektúr er nauðsynlegur til að sameina fullkomlega pólað afl við RF eða DC.
Yfirlit
Þessi grein fjallar um nýlegar framfarir í hönnun loftneta fyrir RFEH og WPT og leggur til staðlaða flokkun loftneta fyrir RFEH og WPT sem hefur ekki verið lögð til í fyrri ritum. Þrjár grunnkröfur loftneta til að ná mikilli RF-til-DC skilvirkni hafa verið skilgreindar sem:
1. Viðnámsbandvídd loftnetsleiðréttingar fyrir RFEH og WPT böndin sem um ræðir;
2. Aðalblaðsstilling milli sendanda og móttakara í WPT frá sérstakri straumtengingu;
3. Pólunarjöfnun milli rétthyrningsbylgjunnar og innfallandi bylgjunnar óháð horni og staðsetningu.
Byggt á impedansi eru rétthyrningar flokkaðar í 50Ω og samtengda rétthyrninga, með áherslu á impedansjöfnun milli mismunandi banda og álags og skilvirkni hverrar jöfnunaraðferðar.
Geislunareiginleikar SoA-ferhyrninga hafa verið skoðaðir út frá sjónarhóli stefnu og skautunar. Fjallað er um aðferðir til að bæta geislunarstyrk með geislamyndun og pökkun til að yfirstíga þrönga geislabreidd. Að lokum eru CP-ferhyrningar fyrir WPT skoðaðir, ásamt ýmsum útfærslum til að ná fram skautunaróháðri móttöku fyrir WPT og RFEH.
Til að læra meira um loftnet, vinsamlegast farðu á:
Birtingartími: 16. ágúst 2024
