Đánh giá thiết kế rectenna (Phần 2)

1. Hướng và độ lợi
Trong hầu hết các ứng dụng RFEH và WPT, người ta cho rằng bộ thu không biết hướng của bức xạ tới và không có đường dẫn trực tiếp (LoS). Trong công trình này, nhiều thiết kế và vị trí đặt ăng-ten đã được nghiên cứu để tối đa hóa công suất thu được từ một nguồn không xác định, độc lập với sự căn chỉnh thùy chính giữa máy phát và máy thu.

Ăng-ten đa hướng đã được sử dụng rộng rãi trong các rectenna RFEH môi trường. Trong tài liệu, PSD thay đổi tùy thuộc vào hướng của ăng-ten. Tuy nhiên, sự thay đổi về công suất vẫn chưa được giải thích, vì vậy không thể xác định liệu sự thay đổi này là do mẫu bức xạ của ăng-ten hay do sự không khớp phân cực.

Ngoài các ứng dụng RFEH, các mảng và ăng-ten định hướng có độ lợi cao đã được báo cáo rộng rãi cho WPT vi sóng để cải thiện hiệu quả thu thập mật độ công suất RF thấp hoặc khắc phục tổn thất lan truyền. Mảng rectenna Yagi-Uda, mảng bowtie, mảng xoắn ốc, mảng Vivaldi kết hợp chặt chẽ, mảng CPW CP và mảng vá nằm trong số các triển khai rectenna có khả năng mở rộng có thể tối đa hóa mật độ công suất tới trong một khu vực nhất định. Các cách tiếp cận khác để cải thiện độ lợi của ăng-ten bao gồm công nghệ ống dẫn sóng tích hợp chất nền (SIW) trong các băng tần vi sóng và sóng milimet, dành riêng cho WPT. Tuy nhiên, rectenna có độ lợi cao được đặc trưng bởi độ rộng chùm hẹp, khiến việc thu sóng theo các hướng tùy ý trở nên kém hiệu quả. Các cuộc điều tra về số lượng phần tử và cổng ăng-ten đã kết luận rằng tính định hướng cao hơn không tương ứng với công suất thu được cao hơn trong RFEH xung quanh với giả định có góc tới tùy ý ba chiều; điều này đã được xác minh bằng các phép đo thực địa trong môi trường đô thị. Mảng độ lợi cao có thể bị giới hạn trong các ứng dụng WPT.

Để chuyển lợi ích của ăng-ten có độ lợi cao sang RFEH tùy ý, các giải pháp đóng gói hoặc bố trí được sử dụng để khắc phục vấn đề định hướng. Một vòng đeo tay ăng-ten vá kép được đề xuất để thu năng lượng từ RFEH Wi-Fi xung quanh theo hai hướng. Ăng-ten RFEH di động xung quanh cũng được thiết kế dưới dạng hộp 3D và được in hoặc dán vào bề mặt bên ngoài để giảm diện tích hệ thống và cho phép thu đa hướng. Cấu trúc rectenna hình khối thể hiện khả năng thu năng lượng cao hơn trong RFEH xung quanh.

Những cải tiến đối với thiết kế ăng-ten nhằm tăng độ rộng chùm tia, bao gồm các thành phần vá ký sinh phụ trợ, đã được thực hiện để cải thiện WPT ở các mảng 2,4 GHz, 4 × 1. Một ăng-ten lưới 6 GHz với nhiều vùng chùm tia cũng đã được đề xuất, chứng minh nhiều chùm tia trên mỗi cổng. Các rectenna bề mặt đa cổng, đa bộ chỉnh lưu và ăng-ten thu năng lượng với các mẫu bức xạ đa hướng đã được đề xuất cho RFEH đa hướng và đa phân cực. Các bộ chỉnh lưu đa với ma trận định hình chùm tia và các mảng ăng-ten đa cổng cũng đã được đề xuất để thu năng lượng đa hướng, độ lợi cao.

Tóm lại, trong khi ăng-ten có độ lợi cao được ưa chuộng để cải thiện công suất thu được từ mật độ RF thấp, thì các bộ thu có tính định hướng cao có thể không lý tưởng trong các ứng dụng mà hướng máy phát không xác định (ví dụ: RFEH xung quanh hoặc WPT qua các kênh truyền không xác định). Trong công trình này, nhiều phương pháp tiếp cận đa chùm tia được đề xuất cho WPT và RFEH có độ lợi cao đa hướng.

2. Phân cực Ăng-ten
Phân cực ăng-ten mô tả chuyển động của vectơ trường điện so với hướng truyền của ăng-ten. Sự không khớp phân cực có thể dẫn đến giảm khả năng truyền/nhận giữa các ăng-ten ngay cả khi các hướng thùy chính được căn chỉnh. Ví dụ, nếu sử dụng ăng-ten LP dọc để truyền và sử dụng ăng-ten LP ngang để thu, sẽ không nhận được công suất. Trong phần này, các phương pháp được báo cáo để tối đa hóa hiệu quả thu sóng không dây và tránh tổn thất do không khớp phân cực được xem xét. Tóm tắt về kiến ​​trúc rectenna được đề xuất liên quan đến phân cực được đưa ra trong Hình 6 và một ví dụ về SoA được đưa ra trong Bảng 4.