Đánh giá thiết kế rectenna (Phần 2)

1. Hướng và Độ lợi
Trong hầu hết các ứng dụng RFEH và WPT, người ta giả định rằng bộ thu không biết hướng của bức xạ tới và không có đường truyền thẳng (LoS). Trong nghiên cứu này, nhiều thiết kế và vị trí 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 thiết bị thu phát vô tuyến RFEH môi trường. Trong tài liệu, PSD thay đổi tùy thuộc vào hướng của ăng-ten. Tuy nhiên, sự thay đổi 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 suất 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 phương pháp 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 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 giao lợi ích của ăng-ten có độ lợi cao sang các 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 các 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 lên bề mặt bên ngoài để giảm diện tích hệ thống và cho phép thu năng lượng đa hướng. Cấu trúc rectenna hình khối thể hiện khả năng thu năng lượng cao hơn trong các RFEH xung quanh.

Những cải tiến về thiết kế ăng-ten nhằm tăng độ rộng chùm tia, bao gồm các phần tử 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, thể hiện nhiều chùm tia trên mỗi cổng. Các bộ chỉnh lưu 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 hướng với ma trận định hình chùm tia và các mảng ăng-ten đa cổng cũng đã được đề xuất cho việc thu năng lượng đa hướng, độ lợi cao.

Tóm lại, mặc dù ăng-ten có độ lợi cao được ưa chuộng để cải thiện công suất thu được từ mật độ RF thấp, nhưng bộ thu định hướng cao có thể không lý tưởng trong các ứng dụng mà hướng phát không xác định (ví dụ: RFEH xung quanh hoặc WPT qua các kênh truyền dẫn không xác định). Trong nghiên cứu này, nhiều phương pháp 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 sự dịch chuyển của vectơ trường điện so với hướng lan 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 hướng của thùy chính được căn chỉnh. Ví dụ, nếu sử dụng ăng-ten LP dọc để phát và ăng-ten LP ngang để thu, 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 suy hao do không khớp phân cực sẽ được xem xét. Tóm tắt về kiến ​​trúc rectenna được đề xuất liên quan đến phân cực được trình bày trong Hình 6 và một ví dụ về SoA được trình bày trong Bảng 4.