1. הקדמה
ראַדיאָ אָפטקייַט (RF) ענערגיע כאַרוואַסטינג (RFEH) און ראַדיאַטיווע וויירליס מאַכט אַריבערפירן (WPT) האָבן געצויגן גרויס אינטערעס ווי מעטהאָדס צו דערגרייכן באַטאַרייע-פריי סאַסטיינאַבאַל וויירליס נעטוואָרקס. רעקטעננאַס זענען די קאָרנערסטאָון פון WPT און RFEH סיסטעמען און האָבן אַ באַטייטיק פּראַל אויף די דק מאַכט איבערגעגעבן צו די מאַסע. די אַנטענע עלעמענטן פון די רעקטענאַ גלייַך ווירקן די כאַרוואַסטינג עפעקטיווקייַט, וואָס קענען בייַטן די כאַרוואַסטיד מאַכט דורך עטלעכע אָרדערס פון מאַגנאַטוד. דער פּאַפּיר רעצענזיעס די אַנטענע דיזיינז געניצט אין WPT און אַמביאַנט RFEH אַפּלאַקיישאַנז. די רעפּאָרטעד רעקטאַנז זענען קלאַסאַפייד לויט צוויי הויפּט קרייטיריאַ: די אַנטענע רעקטאַפייינג ימפּידאַנס באַנדווידט און די ראַדיאַציע קעראַקטעריסטיקס פון די אַנטענע. פֿאַר יעדער קריטעריאָן, די פיגור פון זכות (FoM) פֿאַר פאַרשידענע אַפּלאַקיישאַנז איז באשלאסן און ריוויוד קאַמפּעראַטיוולי.
WPT איז געווען פארגעלייגט דורך טעסלאַ אין דער פרי 20 יאָרהונדערט ווי אַ אופֿן צו אַריבערפירן טויזנטער פון כאָרספּאַוער. דער טערמין רעקטענאַ, וואָס באשרייבט אַן אַנטענע פארבונדן צו אַ רעקטאַפייער צו שניט רף מאַכט, ימערדזשד אין די 1950 ס פֿאַר פּלאַץ מייקראַווייוו מאַכט טראַנסמיסיע אַפּלאַקיישאַנז און מאַכט אָטאַנאַמאַס דראָנעס. אָמנידירעקטיאָנאַל, לאַנג-קייט WPT איז קאַנסטריינד דורך די גשמיות פּראָפּערטיעס פון די פּראַפּאַגיישאַן מיטל (לופט). דעריבער, געשעפט WPT איז דער הויפּט לימיטעד צו לעבן-פעלד ניט-ראַדיאַטיווע מאַכט אַריבערפירן פֿאַר וויירליס קאַנסומער עלעקטראָניק טשאַרדזשינג אָדער RFID.
ווי די מאַכט קאַנסאַמשאַן פון סעמיקאַנדאַקטער דעוויסעס און וויירליס סענסער נאָודז האלט צו פאַרמינערן, עס ווערט מער פיזאַבאַל צו מאַכט סענסער נאָודז ניצן אַמביאַנט RFEH אָדער ניצן פונאנדערגעטיילט נידעריק-מאַכט אָמנידירעקטיאָנאַל טראַנסמיטערז. הינטער-נידעריק מאַכט וויירליס מאַכט סיסטעמען יוזשאַוואַלי צונויפשטעלנ זיך פון אַ רף אַקוואַזישאַן פראָנט סוף, דק מאַכט און זכּרון פאַרוואַלטונג, און אַ נידעריק-מאַכט מייקראָופּראַסעסער און טראַנססעיווער.
פיגור 1 ווייזט די אַרקאַטעקטשער פון אַ RFEH וויירליס נאָדע און די קאַמאַנלי רעפּאָרטעד RF פראָנט-ענד ימפּלאַמאַנץ. דער סוף-צו-סוף עפעקטיווקייַט פון די וויירליס מאַכט סיסטעם און די אַרקאַטעקטשער פון די סינגקראַנייזד וויירליס אינפֿאָרמאַציע און מאַכט אַריבערפירן נעץ דעפּענדס אויף די פאָרשטעלונג פון יחיד קאַמפּאָונאַנץ, אַזאַ ווי אַנטענאַז, רעקטאַפייערז און מאַכט פאַרוואַלטונג סערקאַץ. עטלעכע ליטעראַטור סערווייז זענען דורכגעקאָכט פֿאַר פאַרשידענע פּאַרץ פון די סיסטעם. טיש 1 סאַמערייזיז די מאַכט קאַנווערזשאַן בינע, שליסל קאַמפּאָונאַנץ פֿאַר עפעקטיוו מאַכט קאַנווערזשאַן און פֿאַרבונדענע ליטעראַטור סערווייז פֿאַר יעדער טייל. לעצטע ליטעראַטור פאָוקיסיז אויף מאַכט קאַנווערזשאַן טעכנאָלאָגיע, רעקטאַפייער טאָפּאָלאָגיעס אָדער נעץ-אַווער RFEH.
פיגורע 1
אָבער, אַנטענע פּלאַן איז נישט גערעכנט ווי אַ קריטיש קאָמפּאָנענט אין RFEH. כאָטש עטלעכע ליטעראַטור באַטראַכט אַנטענע באַנדווידט און עפעקטיווקייַט פֿון אַ קוילעלדיק פּערספּעקטיוו אָדער פֿון אַ ספּעציפיש אַנטענע פּלאַן פּערספּעקטיוו, אַזאַ ווי מיניאַטוריזעד אָדער וועראַבאַל אַנטענאַז, די פּראַל פון זיכער אַנטענע פּאַראַמעטערס אויף מאַכט אָפּטראָג און קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייַט איז נישט אַנאַלייזד אין דעטאַל.
דער פּאַפּיר ריוויוזט אַנטענע פּלאַן טעקניקס אין רעקטענאַז מיט דער ציל פון דיסטינגגווישינג RFEH און WPT ספּעציפיש אַנטענע פּלאַן טשאַלאַנדזשיז פון נאָרמאַל קאָמוניקאַציע אַנטענע פּלאַן. אַנטענאַז זענען קאַמפּערד פֿון צוויי פּערספּעקטיווז: סוף-צו-סוף ימפּידאַנס וואָס ריכטן זיך און ראַדיאַציע קעראַקטעריסטיקס; אין יעדער פאַל, די FoM איז יידענאַפייד און ריוויוד אין די שטאַט-of-the-art (SoA) אַנטענאַז.
2. באַנדווידט און מאַטטשינג: ניט-50Ω רף נעטוואָרקס
די כאַראַקטעריסטיש ימפּידאַנס פון 50Ω איז אַ פרי באַטראַכטונג פון די קאָמפּראָמיס צווישן אַטטענואַטיאָן און מאַכט אין מייקראַווייוו ינזשעניעריע אַפּלאַקיישאַנז. אין אַנטענאַז, די ימפּידאַנס באַנדווידט איז דיפיינד ווי די אָפטקייַט קייט ווו די שפיגלט מאַכט איז ווייניקער ווי 10% (S11 <- 10 dB). זינט נידעריק ראַש אַמפּלאַפייערז (LNAs), מאַכט אַמפּלאַפייערז און דעטעקטאָרס זענען טיפּיקלי דיזיינד מיט אַ 50Ω אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס גלייַכן, אַ 50Ω מקור איז טראַדישאַנאַלי רעפעררעד.
אין אַ רעקטענאַ, דער רעזולטאַט פון די אַנטענע איז גלייַך פעד אין די רעקטאַפייער, און די נאָנלינעראַטי פון די דייאָוד ז אַ גרויס ווערייישאַן אין די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס, מיט די קאַפּאַסיטיווע קאָמפּאָנענט דאַמאַנייטינג. אַסומינג אַ 50Ω אַנטענע, די הויפּט אַרויסרופן איז צו פּלאַן אַן נאָך רף וואָס ריכטן נעץ צו יבערמאַכן די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס צו די ימפּידאַנס פון די רעקטאַפייער אין די אָפטקייַט פון אינטערעס און אַפּטאַמייז עס פֿאַר אַ ספּעציפיש מאַכט מדרגה. אין דעם פאַל, סוף-צו-סוף ימפּידאַנס באַנדווידט איז פארלאנגט צו ענשור עפעקטיוו רף צו דק קאַנווערזשאַן. דעריבער, כאָטש אַנטענאַז קענען דערגרייכן טהעאָרעטיקאַללי ינפאַנאַט אָדער הינטער-ברייט באַנדווידט ניצן פּעריאָדיש עלעמענטן אָדער זיך-קאָמפּלעמענטאַרי דזשיאַמאַטרי, די באַנדווידט פון די רעקטענאַ וועט זיין באַטאַלנעקט דורך די רעקטאַפייער וואָס ריכטן נעץ.
עטלעכע רעקטענאַ טאַפּאַלאַדזשיז זענען פארגעלייגט צו דערגרייכן איין-באַנד און מולטי-באַנד כאַרוואַסטינג אָדער WPT דורך מינאַמייזינג ריפלעקשאַנז און מאַקסאַמייזינג מאַכט אַריבערפירן צווישן די אַנטענע און די רעקטאַפייער. פיגורע 2 ווייזט די סטראַקטשערז פון די רעפּאָרטעד רעקטענאַ טאַפּאַלאַדזשיז, קאַטאַגערייזד דורך זייער ימפּידאַנס וואָס ריכטן אַרקאַטעקטשער. טיש 2 ווייזט ביישפילן פון הויך-פאָרשטעלונג רעקטאַנז מיט רעספּעקט צו סוף-צו-סוף באַנדווידט (אין דעם פאַל, FoM) פֿאַר יעדער קאַטעגאָריע.
פיגורע 2 רעקטענאַ טאָפּאָלאָגיעס פֿון דער פּערספּעקטיוו פון באַנדווידט און ימפּידאַנס וואָס ריכטן זיך. (אַ) איין-באַנד רעקטענאַ מיט נאָרמאַל אַנטענע. (ב) מולטיבאַנד רעקטענאַ (פארפאסט פון קייפל מיוטשואַלי קאַפּאַלד אַנטענאַז) מיט איין רעקטאַפייער און וואָס ריכטן נעץ פּער באַנד. (C) בראָדבאַנד רעקטענאַ מיט קייפל רף פּאָרץ און באַזונדער וואָס ריכטן נעטוואָרקס פֿאַר יעדער באַנד. (ד) בראָדבאַנד רעקטענאַ מיט בראָדבאַנד אַנטענע און בראָדבאַנד וואָס ריכטן נעץ. (e) איין-באַנד רעקטענאַ ניצן ילעקטריקלי קליין אַנטענע גלייַך מאַטשט צו די רעקטאַפייער. (f) איין-באַנד, ילעקטריקלי גרויס אַנטענע מיט קאָמפּלעקס ימפּידאַנס צו קאָנדזשוגאַטע מיט די רעקטאַפייער. (ג) בראָדבאַנד רעקטענאַ מיט קאָמפּלעקס ימפּידאַנס צו קאָנדזשוגאַטע מיט די רעקטאַפייער איבער אַ קייט פון פריקוואַנסיז.
בשעת WPT און אַמביאַנט RFEH פֿון דעדאַקייטאַד פיטער זענען פאַרשידענע רעקטענאַ אַפּלאַקיישאַנז, דערגרייכן סוף-צו-סוף גלייַכן צווישן אַנטענע, רעקטאַפייער און מאַסע איז פונדאַמענטאַל צו דערגרייכן הויך מאַכט קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייַט (PCE) פֿון אַ באַנדווידט פּערספּעקטיוו. פונדעסטוועגן, WPT רעקטנאַס פאָקוס מער אויף דערגרייכן העכער קוואַליטעט פאַקטאָר וואָס ריכטן זיך (נידעריקער ס 11) צו פֿאַרבעסערן איין-באַנד פּסע ביי זיכער מאַכט לעוועלס (טאָפּאָלאָגיעס אַ, E און F). די ברייט באַנדווידט פון איין-באַנד WPT ימפּרוווז די סיסטעם ימיונאַטי צו דיטונינג, מאַנופאַקטורינג חסרונות און פּאַקקאַגינג פּעראַסיטיקס. אויף די אנדערע האַנט, RFEH רעקטאַנז פּרייאָראַטייז מאַלטי-באַנד אָפּעראַציע און געהערן צו טאָפּאָלאָגיעס בד און ג, ווייַל די מאַכט ספּעקטראַל געדיכטקייַט (פּסד) פון אַ איין באַנד איז בכלל נידעריקער.
3. רעקטאַנגגיאַלער אַנטענע פּלאַן
1. איין-אָפטקייַט רעקטענאַ
די אַנטענע פּלאַן פון איין-אָפטקייַט רעקטענע (טאַפּאַלאַדזשי א) איז דער הויפּט באזירט אויף נאָרמאַל אַנטענע פּלאַן, אַזאַ ווי לינעאַר פּאָולעראַזיישאַן (לפּ) אָדער קייַלעכיק פּאָולעראַזיישאַן (קפּ) ראַדיאַטינג לאַטע אויף דער ערד פלאַך, דיפּאָלע אַנטענע און ינווערטיד F אַנטענע. דיפערענטשאַל באַנד רעקטענאַ איז באזירט אויף דק קאָמבינאַציע מענגע קאַנפיגיערד מיט קייפל אַנטענע וניץ אָדער אַ געמישט דק און רף קאָמבינאַציע פון קייפל לאַטע וניץ.
זינט פילע פון די פארגעלייגט אַנטענאַז זענען איין-אָפטקייַט אַנטענאַז און טרעפן די רעקווירעמענץ פון איין-אָפטקייַט WPT, ווען איר זוכט ינווייראַנמענאַל מולטי-אָפטקייַט RFEH, קייפל איין-אָפטקייַט אַנטענאַז זענען קאַמביינד אין מולטי-באַנד רעקטענאַנז (טאַפּאַלאַדזשי ב) מיט קעגנצייַטיק קאַפּלינג סאַפּרעשאַן און פרייַ דק קאָמבינאַציע נאָך די מאַכט פאַרוואַלטונג קרייַז צו גאָר יזאָלירן זיי פון די רף אַקוואַזישאַן און קאַנווערזשאַן קרייַז. דאָס ריקווייערז קייפל מאַכט פאַרוואַלטונג סערקאַץ פֿאַר יעדער באַנד, וואָס קען רעדוצירן די עפעקטיווקייַט פון די בוסט קאַנווערטער ווייַל די דק מאַכט פון אַ איין באַנד איז נידעריק.
2. מולטי-באַנד און בראָדבאַנד רפעה אַנטענאַז
ענוויראָנמענטאַל RFEH איז אָפט פארבונדן מיט מאַלטי-באַנד אַקוואַזישאַן; דעריבער, אַ פאַרשיידנקייַט פון טעקניקס זענען פארגעלייגט פֿאַר ימפּרוווינג די באַנדווידט פון נאָרמאַל אַנטענע דיזיינז און מעטהאָדס פֿאַר פאָרמינג צווייענדיק-באַנד אָדער באַנד אַנטענע ערייז. אין דעם אָפּטיילונג, מיר אָפּשאַצן מנהג אַנטענע דיזיינז פֿאַר RFEHs, ווי געזונט ווי קלאַסיש מולטי-באַנד אַנטענאַז מיט די פּאָטענציעל צו זיין געוויינט ווי רעקטענאַנז.
קאָפּלאַנאַר וואַוועגייד (CPW) מאָנאָפּאָל אַנטענאַז פאַרנעמען ווייניקער שטח ווי מיקראָסטריפּ לאַטע אַנטענאַז אין דער זעלביקער אָפטקייַט און פּראָדוצירן לפּ אָדער קפּ כוואליעס, און זענען אָפט געניצט פֿאַר בראָדבאַנד ינווייראַנמענאַל רעקטאַנז. אָפּשפּיגלונג פּליינז זענען געניצט צו פאַרגרעסערן אפגעזונדערטקייט און פֿאַרבעסערן געווינס, ריזאַלטינג אין ראַדיאַציע פּאַטערנז ענלעך צו לאַטע אַנטענאַז. סלאָטיד קאָופּלאַנאַר וואַוועגייד אַנטענאַז זענען געניצט צו פֿאַרבעסערן ימפּידאַנס באַנדווידטס פֿאַר קייפל אָפטקייַט באַנדס, אַזאַ ווי 1.8-2.7 GHz אָדער 1-3 GHz. קאַפּאַלד-פאסטעכער שפּעלטל אַנטענאַז און לאַטע אַנטענאַז זענען אויך אָפט געניצט אין מולטי-באַנד רעקטענאַ דיזיינז. פיגור 3 ווייזט עטלעכע געמאלדן מולטי-באַנד אַנטענאַז וואָס נוצן מער ווי איין באַנדווידט פֿאַרבעסערונג טעכניק.
פיגורע 3
אַנטענע-רעקטאַפייער ימפּידאַנס מאַטטשינג
צופּאַסן אַ 50Ω אַנטענע צו אַ ניט-לינעאַר רעקטאַפייער איז טשאַלאַנדזשינג ווייַל די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס איז זייער וועריז מיט אָפטקייַט. אין טאָפּאָלאָגיעס א און ב (פיגורע 2), די פּראָסט וואָס ריכטן נעץ איז אַ לק גלייַכן ניצן לאַמפּט עלעמענטן; אָבער, די קאָרעוו באַנדווידט איז יוזשאַוואַלי נידעריקער ווי רובֿ קאָמוניקאַציע באַנדס. איין-באַנד שטאָך וואָס ריכטן זיך איז קאַמאַנלי געניצט אין מייקראַווייוו און מילאַמיטער-כוואַליע באַנדס אונטער 6 GHz, און די רעפּאָרטעד מילאַמיטער-כוואַליע רעקטאַנז האָבן אַ ינכעראַנטלי שמאָל באַנדווידט ווייַל זייער פּסע באַנדווידט איז באַטאַלנעקט דורך רעזולטאַט האַרמאָניק סאַפּרעשאַן, וואָס מאכט זיי דער הויפּט פּאַסיק פֿאַר איין-באַנד. באַנד WPT אַפּלאַקיישאַנז אין די 24 GHz אַנלייסאַנסט באַנד.
די רעקטאַנז אין טאָפּאָלאָגיעס C און D האָבן מער קאָמפּליצירט וואָס ריכטן נעטוואָרקס. גאָר פונאנדערגעטיילט שורה וואָס ריכטן נעטוואָרקס זענען פארגעלייגט פֿאַר בראָדבאַנד וואָס ריכטן זיך, מיט אַ רף בלאָק / דק קורץ קרייַז (פאָרן פילטער) אין די רעזולטאַט פּאָרט אָדער אַ דק בלאַקינג קאַפּאַסאַטער ווי אַ צוריקקער וועג פֿאַר דייאָוד האַרמאָניקס. די רעקטאַפייער קאַמפּאָונאַנץ קענען זיין ריפּלייסט דורך געדרוקט קרייַז ברעט (פּקב) ינטערדיגיטאַטעד קאַפּאַסאַטערז, וואָס זענען סינטאַסייזד מיט געשעפט עלעקטראָניש פּלאַן אָטאַמיישאַן מכשירים. אנדערע רעפּאָרטעד בראָדבאַנד רעקטענאַ וואָס ריכטן נעטוואָרקס פאַרבינדן לאַמפּט עלעמענטן פֿאַר מאַטטשינג צו נידעריקער פריקוואַנסיז און פונאנדערגעטיילט עלעמענטן פֿאַר קריייטינג אַ רף קורץ ביי די אַרייַנשרייַב.
וועריינג די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס באמערקט דורך די מאַסע דורך אַ מקור (באקאנט ווי די מקור-ציען טעכניק) איז געניצט צו פּלאַן אַ בראָדבאַנד רעקטאַפייער מיט 57% קאָרעוו באַנדווידט (1.25-2.25 GHz) און 10% העכער פּסע קאַמפּערד מיט לומפּעד אָדער פונאנדערגעטיילט סערקאַץ . כאָטש וואָס ריכטן נעטוואָרקס זענען טיפּיקלי דיזיינד צו גלייַכן אַנטענאַז איבער די גאנצע באַנדווידט פון 50Ω, עס זענען ריפּאָרץ אין דער ליטעראַטור ווו בראָדבאַנד אַנטענאַז זענען פארבונדן צו שמאָלבאַנד רעקטאַפייערז.
היבריד לאַמפּט עלעמענט און פונאנדערגעטיילט עלעמענט וואָס ריכטן נעטוואָרקס האָבן שוין וויידלי געניצט אין טאָפּאָלאָגיעס C און D, מיט סעריע ינדאַקטערז און קאַפּאַסאַטערז זייַנען די מערסט קאַמאַנלי געוויינט לאַמפּט עלעמענטן. די ויסמיידן קאָמפּלעקס סטראַקטשערז אַזאַ ווי ינטערדיגיטאַטעד קאַפּאַסאַטערז, וואָס דאַרפן מער פּינטלעך מאָדעלינג און פאַבריקיישאַן ווי נאָרמאַל מיקראָסטריפּ שורות.
די אַרייַנשרייַב מאַכט צו די רעקטאַפייער אַפעקץ די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס רעכט צו דער ניט-לינעאַריטי פון די דייאָוד. דעריבער, די רעקטענאַ איז דיזיינד צו מאַקסאַמייז די פּסע פֿאַר אַ ספּעציפיש אַרייַנשרייַב מאַכט מדרגה און מאַסע ימפּידאַנס. זינט דיאָדעס זענען בפֿרט קאַפּאַסיטיווע הויך ימפּידאַנס ביי פריקוואַנסיז אונטער 3 GHz, בראָדבאַנד רעקטאַנז וואָס עלימינירן וואָס ריכטן נעטוואָרקס אָדער מינאַמייז סימפּליפיעד וואָס ריכטן סערקאַץ האָבן שוין פאָוקיסט אויף פריקוואַנסיז Prf>0 dBm און העכער 1 GHz, זינט די דייאָודז האָבן נידעריק קאַפּאַסיטיווע ימפּידאַנס און קענען זיין געזונט מאַטשט. צו די אַנטענע, אַזוי ויסמיידן די פּלאַן פון אַנטענאַז מיט אַרייַנשרייַב ריאַקטאַנסיז >1,000Ω.
אַדאַפּטיוו אָדער רעקאָנפיגוראַבלע ימפּידאַנס מאַטטשינג איז געזען אין CMOS רעקטאַנז, ווו די וואָס ריכטן נעץ באשטייט פון אויף-שפּאָן קאַפּאַסאַטער באַנקס און ינדאַקטערז. סטאַטיק קמאָס וואָס ריכטן נעטוואָרקס זענען אויך פארגעלייגט פֿאַר נאָרמאַל 50Ω אַנטענאַז און קאָ-דיזיינד שלייף אַנטענאַז. עס איז געמאלדן אַז פּאַסיוו קמאָס מאַכט דעטעקטאָרס זענען געניצט צו קאָנטראָלירן סוויטשיז וואָס פירן די רעזולטאַט פון די אַנטענע צו פאַרשידענע רעקטאַפייערז און וואָס ריכטן נעטוואָרקס דיפּענדינג אויף די בנימצא מאַכט. א רעקאָנפיגוראַבלע וואָס ריכטן נעץ ניצן לאַמפּט טונאַבלע קאַפּאַסאַטערז איז פארגעלייגט, וואָס איז טונד דורך פייַן-טונינג בשעת מעסטן די אַרייַנשרייַב ימפּידאַנס מיט אַ וועקטאָר נעץ אַנאַליזער. אין רעקאָנפיגוראַבלע מיקראָסטריפּ וואָס ריכטן נעטוואָרקס, פעלד ווירקונג טראַנזיסטאָר סוויטשיז האָבן שוין געניצט צו סטרויערן די וואָס ריכטן סטאַבס צו דערגרייכן צווייענדיק-באַנד קעראַקטעריסטיקס.
צו לערנען מער וועגן אַנטענאַז, ביטע באַזוכן:
פּאָסטן צייט: Aug-09-2024
