Tổng quan về thiết kế ăng-ten chỉnh lưu (Phần 2)

1. Độ định hướng và độ khuếch đại
Trong hầu hết các ứng dụng thu năng lượng tần số vô tuyến (RFEH) và truyền tải điện không dây (WPT), người ta giả định rằng bộ thu không biết hướng của bức xạ tới và không có đường truyền trực tiếp (LoS). Trong nghiên cứu này, nhiều thiết kế và vị trí đặt anten đã được khảo sát để tối đa hóa công suất thu được từ một nguồn không xác định, độc lập với sự sắp xếp búp sóng chính giữa bộ phát và bộ thu.

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

Ngoài các ứng dụng thu năng lượng tần số vô tuyến (RFEH), các ăng-ten định hướng và mảng ăng-ten có độ lợi cao đã được báo cáo rộng rãi cho truyền tải điện không dây (WPT) bằng vi sóng để cải thiện hiệu suất thu năng lượng RF mật độ thấp hoặc khắc phục tổn thất truyền dẫn. Mảng chỉnh lưu Yagi-Uda, mảng hình nơ, mảng xoắn ốc, mảng Vivaldi ghép nối chặt chẽ, mảng CPW CP và mảng vá là một số triển khai chỉnh lưu có thể mở rộng quy mô, giúp tối đa hóa mật độ công suất tới trong một diện tích nhất định. Các phương pháp khác để cải thiện độ lợi của ăng-ten bao gồm công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trên chất nền (SIW) trong dải vi sóng và sóng milimét, đặc biệt dành cho WPT. Tuy nhiên, các chỉnh lưu có độ lợi cao lại có đặc điểm là độ rộng chùm tia hẹp, khiến việc thu sóng theo các hướng bất kỳ trở nên kém hiệu quả. Các nghiên cứu về số lượng phần tử và cổng ăng-ten đã kết luận rằng độ định hướng cao hơn không tương ứng với công suất thu được cao hơn trong RFEH môi trường xung quanh khi giả định sự tới bất kỳ trong không gian ba chiều; điều này đã được xác minh bằng các phép đo thực địa trong môi trường đô thị. Mảng có độ lợi cao có thể bị giới hạn trong các ứng dụng WPT.

Để chuyển giao lợi ích của ăng-ten độ lợi cao cho các nguồn năng lượng vô tuyến (RFEH) bất kỳ, các giải pháp đóng gói hoặc bố trí được sử dụng để khắc phục vấn đề về tính định hướng. Một vòng đeo tay ăng-ten hai mảng được đề xuất để thu năng lượng từ các nguồn RFEH Wi-Fi môi trường theo hai hướng. Ăng-ten RFEH di động môi trường cũng được thiết kế dưới dạng hộp 3D và được in hoặc dán vào các bề mặt bên ngoài để giảm diện tích hệ thống và cho phép thu năng lượng đa hướng. Cấu trúc chỉnh lưu hình khối thể hiện xác suất thu năng lượng cao hơn trong các nguồn RFEH môi trường.

Những cải tiến trong thiết kế anten nhằm tăng độ rộng chùm tia, bao gồm cả các phần tử vá phụ trợ, đã được thực hiện để cải thiện khả năng truyền tải điện không dây (WPT) ở tần số 2,4 GHz, với mảng 4 × 1. Một anten lưới 6 GHz với nhiều vùng chùm tia cũng đã được đề xuất, chứng minh khả năng tạo ra nhiều chùm tia trên mỗi cổng. Các anten chỉnh lưu bề mặt đa cổng, đa bộ chỉnh lưu và anten thu năng lượng với kiểu bức xạ đa hướng đã được đề xuất cho việc thu năng lượng tần số vô tuyến đa hướng và đa phân cực. Các bộ chỉnh lưu đa điểm với ma trận tạo chùm tia và mảng anten đa cổng cũng đã được đề xuất cho việc thu năng lượng đa hướng, độ lợi cao.

Tóm lại, trong khi các ăng-ten có độ lợi cao được ưu tiên để cải thiện công suất thu được từ mật độ RF thấp, thì các bộ thu có độ định hướng cao có thể không lý tưởng trong các ứng dụng mà hướng phát tín hiệu không xác định (ví dụ: thu năng lượng RF môi trường hoặc truyền tải điện không dây qua các kênh truyền dẫn không xác định). Trong công trình này, nhiều phương pháp đa chùm tia được đề xuất cho việc truyền tải điện không dây và thu năng lượng RF có độ lợi cao đa hướng.

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