အင်တင်နာ-ရီကက်တီဖာ တွဲဖက်ဒီဇိုင်း
ပုံ ၂ ရှိ EG topology ကို လိုက်နာသော rectennas များ၏ ဝိသေသလက္ခဏာမှာ rectifier ကို ပါဝါပေးရန် matching circuit ကို အနည်းဆုံးဖြစ်စေရန် သို့မဟုတ် ဖယ်ရှားရန် လိုအပ်သည့် 50Ω စံနှုန်းထက် antenna ကို rectifier နှင့် တိုက်ရိုက်ကိုက်ညီစေခြင်းဖြစ်သည်။ ဤအပိုင်းတွင် 50Ω မဟုတ်သော antenna များနှင့် matching network များမပါသော rectennas များပါသည့် SoA rectennas များ၏ အားသာချက်များကို ပြန်လည်သုံးသပ်ထားသည်။
၁။ လျှပ်စစ်အားဖြင့် သေးငယ်သော အင်တင်နာများ
LC ပဲ့တင်ထပ်လက်စွပ် အင်တင်နာများကို စနစ်အရွယ်အစား အရေးကြီးသော အသုံးချမှုများတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ 1 GHz အောက်ရှိ ကြိမ်နှုန်းများတွင်၊ လှိုင်းအလျားသည် စံဖြန့်ဝေထားသော ဒြပ်စင် အင်တင်နာများကို စနစ်၏ ಒಟ್ಟಾರೆအရွယ်အစားထက် နေရာပိုယူစေပြီး၊ ခန္ဓာကိုယ်အစားထိုးများအတွက် အပြည့်အဝပေါင်းစပ်ထားသော transceiver များကဲ့သို့သော အသုံးချမှုများသည် WPT အတွက် လျှပ်စစ်အားဖြင့် သေးငယ်သော အင်တင်နာများအသုံးပြုမှုမှ အထူးအကျိုးရှိသည်။
အင်တင်နာငယ်လေး၏ မြင့်မားသော inductive impedance (near resonance) ကို rectifier ကို တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်ရန် သို့မဟုတ် နောက်ထပ် on-chip capacitive matching network နှင့် ချိတ်ဆက်ရန် အသုံးပြုနိုင်သည်။ Huygens dipole အင်တင်နာများကို အသုံးပြု၍ 1 GHz အောက် LP နှင့် CP ရှိသော WPT တွင် လျှပ်စစ်အားဖြင့် သေးငယ်သော အင်တင်နာများကို ka=0.645 ဖြင့် ပုံမှန် dipoles တွင် ka=5.91 (ka=2πr/λ0) ဖြင့် အစီရင်ခံခဲ့သည်။
၂။ Rectifier conjugate အင်တင်နာ
diode ရဲ့ ပုံမှန် input impedance ဟာ capacitive မြင့်မားတဲ့အတွက် conjugate impedance ရရှိဖို့အတွက် inductive antenna လိုအပ်ပါတယ်။ chip ရဲ့ capacitive impedance ကြောင့် high impedance inductive antenna တွေကို RFID tag တွေမှာ တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုလာကြပါတယ်။ Dipole antenna တွေဟာ မကြာသေးခင်က complex impedance RFID antenna တွေမှာ ခေတ်စားလာခဲ့ပြီး သူတို့ရဲ့ resonant frequency အနီးမှာ high impedance (resistance နဲ့ reactance) ကို ပြသနေပါတယ်။
စိတ်ဝင်စားတဲ့ frequency band မှာ rectifier ရဲ့ high capacitance နဲ့ ကိုက်ညီအောင် inductive dipole antenna တွေကို အသုံးပြုထားပါတယ်။ folded dipole antenna မှာ double short line (dipole folding) က impedance transformer အနေနဲ့ လုပ်ဆောင်ပြီး အလွန်မြင့်မားတဲ့ impedance antenna ကို ဒီဇိုင်းထုတ်နိုင်ပါတယ်။ တနည်းအားဖြင့် bias feeding က inductive reactance နဲ့ တကယ့် impedance ကို တိုးမြင့်စေပါတယ်။ multiple biased dipole element တွေကို unbalanced bow-tie radial stubs တွေနဲ့ ပေါင်းစပ်လိုက်တဲ့အခါ dual broadband high impedance antenna ဖြစ်လာပါတယ်။ Figure 4 မှာ rectifier conjugate antenna တွေကို အစီရင်ခံတင်ပြထားပါတယ်။
ပုံ ၄
RFEH နှင့် WPT ရှိ ရောင်ခြည် ဝိသေသလက္ခဏာများ
Friis မော်ဒယ်တွင်၊ ထုတ်လွှင့်စက်မှ အကွာအဝေး d ရှိ အင်တင်နာမှ လက်ခံရရှိသော ပါဝါ PRX သည် receiver နှင့် transmitter gains (GRX, GTX) တို့၏ တိုက်ရိုက်လုပ်ဆောင်ချက်ဖြစ်သည်။
အင်တင်နာ၏ အဓိက အဖု ဦးတည်ချက်နှင့် ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်းတို့သည် ဖြစ်ပေါ်သော လှိုင်းမှ စုဆောင်းရရှိသော ပါဝါပမာဏကို တိုက်ရိုက်သက်ရောက်မှုရှိသည်။ အင်တင်နာ ရောင်ခြည် ဝိသေသလက္ခဏာများသည် ambient RFEH နှင့် WPT အကြား ခွဲခြားပေးသော အဓိက ကန့်သတ်ချက်များဖြစ်သည် (ပုံ ၅)။ အသုံးချမှုနှစ်ခုလုံးတွင် ပျံ့နှံ့မှု မီဒီယာကို မသိရှိနိုင်ဘဲ လက်ခံရရှိသော လှိုင်းအပေါ် ၎င်း၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားရန် လိုအပ်သော်လည်း၊ ထုတ်လွှင့်သည့် အင်တင်နာအကြောင်း ဗဟုသုတကို အသုံးချနိုင်သည်။ ဇယား ၃ တွင် ဤအပိုင်းတွင် ဆွေးနွေးထားသော အဓိက ကန့်သတ်ချက်များနှင့် ၎င်းတို့၏ RFEH နှင့် WPT အတွက် အသုံးချနိုင်မှုကို ဖော်ပြထားသည်။
ပုံ ၅
၁။ ဦးတည်ချက်နှင့် အမြတ်
RFEH နှင့် WPT အသုံးချမှုအများစုတွင်၊ collector သည် ဖြစ်ပေါ်လာသော ရောင်ခြည်၏ ဦးတည်ရာကို မသိရှိဟု ယူဆထားပြီး မြင်ကွင်းမျဉ်း (LoS) လမ်းကြောင်းလည်း မရှိပါ။ ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ transmitter နှင့် receiver အကြားရှိ main lobe alignment မှအပ မသိသော အရင်းအမြစ်မှ လက်ခံရရှိသော ပါဝါကို အမြင့်ဆုံးရရှိစေရန် antenna ဒီဇိုင်းများစွာနှင့် နေရာချထားမှုများကို စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။
omnidirectional အင်တင်နာများကို ပတ်ဝန်းကျင်ဆိုင်ရာ RFEH rectennas များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ စာပေများတွင် PSD သည် အင်တင်နာ၏ orientation ပေါ် မူတည်၍ ကွဲပြားသည်။ သို့သော် ပါဝါကွာခြားမှုကို ရှင်းပြထားခြင်း မရှိသောကြောင့် ကွာခြားမှုသည် အင်တင်နာ၏ radiation pattern ကြောင့် သို့မဟုတ် polarization mismatch ကြောင့်လားဆိုသည်ကို ဆုံးဖြတ်ရန် မဖြစ်နိုင်ပါ။
RFEH အပလီကေးရှင်းများအပြင်၊ မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် WPT အတွက် RF ပါဝါသိပ်သည်းဆနည်းသော စုဆောင်းမှုထိရောက်မှုကို မြှင့်တင်ရန် သို့မဟုတ် ပျံ့နှံ့မှုဆုံးရှုံးမှုများကို ကျော်လွှားရန် high-gain directional antenna များနှင့် array များကို ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အစီရင်ခံထားပါသည်။ Yagi-Uda rectenna arrays၊ bowtie arrays၊ spiral arrays၊ tightly coupled Vivaldi arrays၊ CPW CP arrays နှင့် patch arrays များသည် သတ်မှတ်ထားသောဧရိယာအောက်တွင် incident power density ကို အမြင့်ဆုံးဖြစ်စေနိုင်သော scalable rectenna အကောင်အထည်ဖော်မှုများထဲတွင် ပါဝင်သည်။ antenna gain ကို မြှင့်တင်ရန် အခြားချဉ်းကပ်မှုများတွင် WPT အတွက် သီးသန့် microwave နှင့် millimeter wave bands ရှိ substrate integrated waveguide (SIW) နည်းပညာ ပါဝင်သည်။ သို့သော်၊ high-gain rectennas များသည် beamwidth ကျဉ်းမြောင်းခြင်းဖြင့် သွင်ပြင်လက္ခဏာရှိပြီး၊ လှိုင်းများကို လက်ခံခြင်းကို မထိရောက်စေပါ။ antenna element များနှင့် ports အရေအတွက်ကို စုံစမ်းစစ်ဆေးမှုများအရ three-dimensional arbitrary incidence ဟုယူဆလျှင် ambient RFEH တွင် မြင့်မားသော directivity သည် မြင့်မားသော harvested power နှင့် မကိုက်ညီကြောင်း ကောက်ချက်ချခဲ့သည်။ ၎င်းကို မြို့ပြပတ်ဝန်းကျင်ရှိ field တိုင်းတာမှုများဖြင့် အတည်ပြုခဲ့သည်။ High-gain arrays များကို WPT အပလီကေးရှင်းများအတွက် ကန့်သတ်ထားနိုင်သည်။
မြင့်မားသော gain အင်တင်နာများ၏ အကျိုးကျေးဇူးများကို အလိုအလျောက် RFEH များသို့ လွှဲပြောင်းရန်အတွက်၊ directivity ပြဿနာကို ကျော်လွှားရန် packaging သို့မဟုတ် layout solution များကို အသုံးပြုပါသည်။ dual-patch antenna wristband ကို ambient Wi-Fi RFEH များမှ စွမ်းအင်ကို ဦးတည်ချက်နှစ်ခုဖြင့် စုဆောင်းရန် အဆိုပြုထားသည်။ Ambient cellular RFEH အင်တင်နာများကို 3D box များအဖြစ်လည်း ဒီဇိုင်းထုတ်ထားပြီး system area ကို လျှော့ချရန်နှင့် multi-directional harvesting ကို လုပ်ဆောင်နိုင်စေရန် print ထုတ်ခြင်း သို့မဟုတ် ပြင်ပမျက်နှာပြင်များတွင် ကပ်ထားခြင်း။ Cubic rectenna structures များသည် ambient RFEH များတွင် စွမ်းအင်လက်ခံနိုင်ခြေ မြင့်မားကြောင်း ပြသသည်။
2.4 GHz၊ 4 × 1 arrays တွင် WPT ကို တိုးတက်စေရန်အတွက် auxiliary parasitic patch element များအပါအဝင် beamwidth တိုးမြှင့်ရန် antenna ဒီဇိုင်းတိုးတက်မှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ port တစ်ခုလျှင် beams များစွာကို ပြသသည့် multiple beams များပါသည့် multi-port၊ multi-rectifier surface rectennas နှင့် omnidirectional radiation patterns ပါသည့် energy harvesting antennas များကို multi-directional နှင့် multi-polarized RFEH အတွက် အဆိုပြုထားသည်။ beamforming matrices နှင့် multi-port antenna arrays ပါသည့် multi-rectifiers များကိုလည်း high-gain၊ multi-directional energy harvesting အတွက် အဆိုပြုထားသည်။
အကျဉ်းချုပ်အားဖြင့်၊ RF သိပ်သည်းဆနည်းသော ပါဝါကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် high-gain antenna များကို ပိုနှစ်သက်ကြသော်လည်း၊ transmitter direction မသိသော application များတွင် (ဥပမာ၊ ambient RFEH သို့မဟုတ် unknown propagation channels များမှတစ်ဆင့် WPT) မြင့်မားသော directional receiver များသည် အကောင်းဆုံးမဟုတ်ပါ။ ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ multi-directional high-gain WPT နှင့် RFEH အတွက် multiple multi-beam ချဉ်းကပ်မှုများကို အဆိုပြုထားပါသည်။
၂။ အင်တင်နာ ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်း
အင်တင်နာ ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်းသည် အင်တင်နာ ပျံ့နှံ့မှု ဦးတည်ရာနှင့် နှိုင်းယှဉ်လျှင် လျှပ်စစ်စက်ကွင်း ဗက်တာ၏ ရွေ့လျားမှုကို ဖော်ပြသည်။ ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်း မကိုက်ညီမှုများသည် အဓိက အပေါက် ဦးတည်ရာများကို ချိန်ညှိထားသည့်တိုင် အင်တင်နာများအကြား ထုတ်လွှင့်မှု/လက်ခံမှု လျော့နည်းသွားစေနိုင်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ထုတ်လွှင့်မှုအတွက် ဒေါင်လိုက် LP အင်တင်နာကို အသုံးပြုပြီး လက်ခံရရှိမှုအတွက် အလျားလိုက် LP အင်တင်နာကို အသုံးပြုပါက ပါဝါကို ရရှိမည်မဟုတ်ပါ။ ဤအပိုင်းတွင်၊ ဝိုင်ယာလက်စ် လက်ခံမှု စွမ်းဆောင်ရည်ကို အမြင့်ဆုံးဖြစ်စေရန်နှင့် ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်း မကိုက်ညီမှု ဆုံးရှုံးမှုများကို ရှောင်ရှားရန် တင်ပြထားသော နည်းလမ်းများကို ပြန်လည်သုံးသပ်ထားသည်။ ပိုလာရိုက်ဇေးရှင်းနှင့် ပတ်သက်၍ အဆိုပြုထားသော rectenna ဗိသုကာ၏ အကျဉ်းချုပ်ကို ပုံ ၆ တွင် ဖော်ပြထားပြီး SoA ဥပမာကို ဇယား ၄ တွင် ဖော်ပြထားပါသည်။
ပုံ ၆
ဆယ်လူလာဆက်သွယ်ရေးတွင်၊ အခြေစိုက်စခန်းများနှင့် မိုဘိုင်းဖုန်းများအကြား linear polarization alignment ကို ရရှိရန် မဖြစ်နိုင်သောကြောင့်၊ polarization mismatch loss များကို ရှောင်ရှားရန် အခြေစိုက်စခန်းအင်တင်နာများကို dual-polarized သို့မဟုတ် multi-polarized ဖြစ်အောင် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။ သို့သော်၊ multipath effect များကြောင့် LP လှိုင်းများ၏ polarization variation သည် မဖြေရှင်းရသေးသော ပြဿနာတစ်ခုအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ multi-polarized မိုဘိုင်းအခြေစိုက်စခန်းများ၏ ယူဆချက်အပေါ် အခြေခံ၍ ဆယ်လူလာ RFEH အင်တင်နာများကို LP အင်တင်နာများအဖြစ် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။
CP rectennas များကို WPT တွင် အဓိကအားဖြင့် အသုံးပြုကြသည်၊ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် ၎င်းတို့သည် မကိုက်ညီမှုကို ခံနိုင်ရည်ရှိသောကြောင့်ဖြစ်သည်။ CP အင်တင်နာများသည် LP လှိုင်းအားလုံးအပြင် တူညီသောလည်ပတ်မှုဦးတည်ချက် (ဘယ်လက် သို့မဟုတ် ညာလက် CP) ဖြင့် CP ရောင်ခြည်ကို ပါဝါဆုံးရှုံးမှုမရှိဘဲ လက်ခံနိုင်သည်။ မည်သို့ပင်ဖြစ်စေ၊ CP အင်တင်နာသည် ထုတ်လွှင့်ပြီး LP အင်တင်နာသည် 3 dB ဆုံးရှုံးမှု (50% ပါဝါဆုံးရှုံးမှု) ဖြင့် လက်ခံသည်။ CP rectennas များသည် 900 MHz နှင့် 2.4 GHz နှင့် 5.8 GHz စက်မှု၊ သိပ္ပံနှင့် ဆေးဘက်ဆိုင်ရာလှိုင်းများအပြင် မီလီမီတာလှိုင်းများအတွက် သင့်လျော်ကြောင်း သတင်းပို့ထားသည်။ မသမာသော polarized လှိုင်းများ၏ RFEH တွင် polarization diversity သည် polarization mismatch loss များအတွက် အလားအလာရှိသော ဖြေရှင်းချက်တစ်ခုကို ကိုယ်စားပြုသည်။
full polarization သို့မဟုတ် multi-polarization ဟုလည်းလူသိများသော လုပ်ဆောင်ချက်သည် polarization mismatch loss များကို လုံးဝကျော်လွှားနိုင်စေပြီး CP နှင့် LP လှိုင်းနှစ်မျိုးလုံးစုစည်းမှုကို ဖြစ်စေကာ dual-polarized orthogonal LP element နှစ်ခုသည် LP နှင့် CP လှိုင်းအားလုံးကို ထိထိရောက်ရောက်လက်ခံရရှိပါသည်။ ၎င်းကိုဖော်ပြရန်၊ vertical နှင့် horizontal net voltages (VV နှင့် VH) များသည် polarization angle မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ ကိန်းသေရှိနေပါသည်။
CP လျှပ်စစ်သံလိုက်လှိုင်း “E” လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၊ ၎င်းသည် ပါဝါကို နှစ်ကြိမ် (ယူနစ်တစ်ခုလျှင် တစ်ကြိမ်) စုဆောင်းပြီး CP အစိတ်အပိုင်းကို အပြည့်အဝလက်ခံရရှိပြီး 3 dB polarization mismatch loss ကို ကျော်လွှားသည်-
နောက်ဆုံးအနေနဲ့ DC ပေါင်းစပ်မှုမှတစ်ဆင့်၊ arbitrary polarization ရဲ့ incident waves တွေကို လက်ခံရရှိနိုင်ပါတယ်။ ပုံ ၇ မှာ အစီရင်ခံတင်ပြထားတဲ့ fully polarized rectenna ရဲ့ geometry ကို ပြသထားပါတယ်။
ပုံ ၇
အကျဉ်းချုပ်အားဖြင့်၊ သီးသန့်ပါဝါထောက်ပံ့မှုများပါရှိသော WPT အပလီကေးရှင်းများတွင်၊ အင်တင်နာ၏ polarization angle မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ WPT စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေသောကြောင့် CP ကို ဦးစားပေးပါသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ multi-source ရယူမှုတွင်၊ အထူးသဖြင့် ambient source များမှ၊ fully polarized အင်တင်နာများသည် ပိုမိုကောင်းမွန်သော overall reception နှင့် အများဆုံး portability ကို ရရှိနိုင်ပြီး RF သို့မဟုတ် DC တွင် fully polarized power ကို ပေါင်းစပ်ရန် multi-port/multi-rectifier architectures များ လိုအပ်ပါသည်။
အနှစ်ချုပ်
ဤစာတမ်းသည် RFEH နှင့် WPT အတွက် အင်တင်နာဒီဇိုင်းတွင် မကြာသေးမီက တိုးတက်မှုကို ပြန်လည်သုံးသပ်ပြီး ယခင်စာပေများတွင် အဆိုပြုမထားသော RFEH နှင့် WPT အတွက် အင်တင်နာဒီဇိုင်း၏ စံသတ်မှတ်ချက်ခွဲခြားမှုကို အဆိုပြုထားသည်။ မြင့်မားသော RF-to-DC စွမ်းဆောင်ရည်ရရှိရန် အခြေခံအင်တင်နာလိုအပ်ချက်သုံးခုကို အောက်ပါအတိုင်း ဖော်ထုတ်ထားသည်-
၁။ စိတ်ဝင်စားဖွယ် RFEH နှင့် WPT band များအတွက် အင်တင်နာ rectifier impedance bandwidth;
၂။ သီးသန့် feed မှ WPT ရှိ transmitter နှင့် receiver အကြား Main lobe alignment;
၃။ ထောင့်နှင့် အနေအထား မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ rectenna နှင့် incident wave အကြား polarization ကိုက်ညီမှု။
impedance ပေါ်မူတည်ပြီး rectennas များကို 50Ω နှင့် rectifier conjugate rectennas အဖြစ် ခွဲခြားထားပြီး၊ မတူညီသော band များနှင့် loads များအကြား impedance matching နှင့် matching method တစ်ခုချင်းစီ၏ efficiency ကို အဓိကထားသည်။
SoA rectennas များ၏ ရောင်ခြည်ဝိသေသလက္ခဏာများကို directivity နှင့် polarization ရှုထောင့်မှ ပြန်လည်သုံးသပ်ထားပါသည်။ ကျဉ်းမြောင်းသော beamwidth ကို ကျော်လွှားရန် beamforming နှင့် packaging မှ gain တိုးတက်စေရန် နည်းလမ်းများကို ဆွေးနွေးထားပါသည်။ နောက်ဆုံးတွင် WPT အတွက် CP rectennas များကို WPT နှင့် RFEH အတွက် polarization-independent reception ရရှိရန် အမျိုးမျိုးသော အကောင်အထည်ဖော်မှုများနှင့်အတူ ပြန်လည်သုံးသပ်ထားပါသည်။
အင်တင်နာများအကြောင်း ပိုမိုလေ့လာရန်၊ ကျေးဇူးပြု၍ ဝင်ရောက်ကြည့်ရှုပါ-
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ သြဂုတ်လ ၁၆ ရက်
