اینٹینا-ریکٹیفائر شریک ڈیزائن
شکل 2 میں EG ٹوپولوجی کے بعد ریکٹیناس کی خصوصیت یہ ہے کہ اینٹینا 50Ω معیار کے بجائے براہ راست ریکٹیفائر سے مماثل ہے، جس کے لیے ریکٹیفائر کو طاقت دینے کے لیے مماثل سرکٹ کو کم کرنے یا ختم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ سیکشن بغیر مماثل نیٹ ورکس کے غیر 50Ω اینٹینا اور ریکٹیناس کے ساتھ SoA ریکٹیناس کے فوائد کا جائزہ لیتا ہے۔
1. برقی طور پر چھوٹے اینٹینا
LC گونجنے والے رنگ انٹینا کو وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز میں استعمال کیا گیا ہے جہاں سسٹم کا سائز اہم ہے۔ 1 GHz سے کم تعدد پر، طول موج معیاری تقسیم شدہ عنصر کے اینٹینا کو سسٹم کے مجموعی سائز سے زیادہ جگہ پر قبضہ کرنے کا سبب بن سکتی ہے، اور جسمانی امپلانٹس کے لیے مکمل طور پر مربوط ٹرانسسیور جیسے ایپلی کیشنز خاص طور پر WPT کے لیے برقی طور پر چھوٹے انٹینا کے استعمال سے فائدہ اٹھاتی ہیں۔
چھوٹے انٹینا (قریب گونج) کی ہائی انڈکٹو مائبادی کو براہ راست ریکٹیفائر کو جوڑنے کے لیے یا اضافی آن چپ کیپسیٹیو میچنگ نیٹ ورک کے ساتھ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹرک طور پر چھوٹے انٹینا WPT میں LP اور CP کے ساتھ 1 GHz سے کم Huygens dipole antennas کا استعمال کرتے ہوئے، ka=0.645 کے ساتھ، جبکہ ka=5.91 نارمل ڈوپولز میں (ka=2πr/λ0)۔
2. ریکٹیفائر کنجوگیٹ اینٹینا
ڈایڈڈ کا عام ان پٹ مائبادا انتہائی قابلیت والا ہوتا ہے، اس لیے کنجوگیٹ مائبادا حاصل کرنے کے لیے ایک انڈکٹو اینٹینا کی ضرورت ہوتی ہے۔ چپ کی capacitive مائبادی کی وجہ سے، RFID ٹیگز میں ہائی مائبادی انڈکٹیو اینٹینا بڑے پیمانے پر استعمال کیے گئے ہیں۔ ڈوپول انٹینا حال ہی میں پیچیدہ مائبادی RFID انٹینا میں ایک رجحان بن گئے ہیں، جو ان کی گونج والی فریکوئنسی کے قریب اعلی مائبادا (مزاحمت اور رد عمل) کی نمائش کرتے ہیں۔
دلچسپی کے فریکوئنسی بینڈ میں ریکٹیفائر کی اعلی گنجائش سے ملنے کے لیے انڈکٹیو ڈوپول انٹینا استعمال کیے گئے ہیں۔ فولڈڈ ڈوپول انٹینا میں، ڈبل شارٹ لائن (ڈپول فولڈنگ) ایک مائبادی ٹرانسفارمر کے طور پر کام کرتی ہے، جس سے ایک انتہائی اعلی مائبادی اینٹینا کے ڈیزائن کی اجازت ہوتی ہے۔ متبادل طور پر، تعصب کو کھانا کھلانا انڈکٹو ری ایکٹنس کے ساتھ ساتھ اصل رکاوٹ کو بڑھانے کا ذمہ دار ہے۔ متعدد متعصب ڈوپول عناصر کو غیر متوازن بو ٹائی ریڈیل اسٹبس کے ساتھ ملانا ایک ڈوئل براڈ بینڈ ہائی مائپیڈینس اینٹینا بناتا ہے۔ شکل 4 کچھ رپورٹ شدہ ریکٹیفائر کنجوگیٹ اینٹینا دکھاتا ہے۔
تصویر 4
RFEH اور WPT میں تابکاری کی خصوصیات
Friis ماڈل میں، ٹرانسمیٹر سے d فاصلے پر اینٹینا کے ذریعے موصول ہونے والی پاور PRX وصول کرنے والے اور ٹرانسمیٹر کے فوائد (GRX, GTX) کا براہ راست کام ہے۔
اینٹینا کی مرکزی لاب ڈائرکٹیوٹی اور پولرائزیشن واقعہ کی لہر سے جمع ہونے والی طاقت کی مقدار کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔ اینٹینا تابکاری کی خصوصیات کلیدی پیرامیٹرز ہیں جو محیط RFEH اور WPT (شکل 5) کے درمیان فرق کرتے ہیں۔ اگرچہ دونوں ایپلی کیشنز میں پھیلاؤ کا ذریعہ نامعلوم ہو سکتا ہے اور موصول ہونے والی لہر پر اس کے اثر پر غور کرنے کی ضرورت ہے، ٹرانسمٹنگ اینٹینا کے علم سے فائدہ اٹھایا جا سکتا ہے۔ جدول 3 اس سیکشن میں زیر بحث کلیدی پیرامیٹرز اور RFEH اور WPT پر ان کے قابل اطلاق کی نشاندہی کرتا ہے۔
تصویر 5
1. ہدایت اور فائدہ
زیادہ تر آر ایف ای ایچ اور ڈبلیو پی ٹی ایپلی کیشنز میں، یہ فرض کیا جاتا ہے کہ کلکٹر کو واقعہ کی تابکاری کی سمت کا علم نہیں ہے اور کوئی لائن آف ویژن (ایل او ایس) راستہ نہیں ہے۔ اس کام میں، ٹرانسمیٹر اور ریسیور کے درمیان مین لاب الائنمنٹ سے آزاد، کسی نامعلوم ذریعہ سے موصول ہونے والی طاقت کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے متعدد اینٹینا ڈیزائنز اور پلیسمنٹ کی چھان بین کی گئی ہے۔
Omnidirectional انٹینا ماحولیاتی RFEH rectenas میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے رہے ہیں۔ ادب میں، پی ایس ڈی اینٹینا کی واقفیت کے لحاظ سے مختلف ہوتی ہے۔ تاہم، طاقت میں تغیر کی وضاحت نہیں کی گئی ہے، اس لیے یہ تعین کرنا ممکن نہیں ہے کہ آیا یہ تغیر اینٹینا کے ریڈی ایشن پیٹرن کی وجہ سے ہے یا پولرائزیشن کی مماثلت کی وجہ سے ہے۔
RFEH ایپلی کیشنز کے علاوہ، مائیکرو ویو ڈبلیو پی ٹی کے لیے ہائی گین ڈائریکشنل انٹینا اور اریز کو وسیع پیمانے پر رپورٹ کیا گیا ہے تاکہ کم RF پاور کثافت کے جمع کرنے کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکے یا پھیلاؤ کے نقصانات پر قابو پایا جا سکے۔ Yagi-Uda rectenna arrays، bowtie arrays، spiral arrays، tightly coled Vivaldi arrays، CPW CP arrays، اور patch arrays قابل توسیع رییکٹینا کے نفاذ میں شامل ہیں جو ایک مخصوص علاقے کے تحت واقعہ کی طاقت کی کثافت کو زیادہ سے زیادہ کر سکتے ہیں۔ اینٹینا کے حصول کو بہتر بنانے کے دیگر طریقوں میں مائیکرو ویو اور ملی میٹر ویو بینڈز میں سبسٹریٹ انٹیگریٹڈ ویو گائیڈ (SIW) ٹیکنالوجی شامل ہے، جو WPT کے لیے مخصوص ہے۔ تاہم، زیادہ حاصل کرنے والے ریکٹیناس بیم کی چوڑائی کی وجہ سے خصوصیت رکھتے ہیں، جس سے من مانی سمتوں میں لہروں کا استقبال غیر موثر ہو جاتا ہے۔ اینٹینا عناصر اور بندرگاہوں کی تعداد کے بارے میں تحقیقات نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ اعلیٰ ہدایت تین جہتی صوابدیدی واقعات کو فرض کرتے ہوئے محیطی RFEH میں زیادہ حاصل کی گئی طاقت سے مطابقت نہیں رکھتی۔ اس کی تصدیق شہری ماحول میں فیلڈ کی پیمائش سے ہوئی۔ زیادہ حاصل کرنے والی صفیں WPT ایپلی کیشنز تک محدود ہوسکتی ہیں۔
زیادہ فائدے والے اینٹینا کے فوائد کو من مانی RFEHs میں منتقل کرنے کے لیے، پیکیجنگ یا ترتیب کے حل کا استعمال ڈائریکٹیویٹی کے مسئلے پر قابو پانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ دو سمتوں میں محیط Wi-Fi RFEHs سے توانائی حاصل کرنے کے لیے ایک دوہری پیچ اینٹینا کلائی کی تجویز ہے۔ ایمبیئنٹ سیلولر RFEH اینٹینا بھی 3D بکس کے طور پر ڈیزائن کیے گئے ہیں اور سسٹم کے رقبے کو کم کرنے اور کثیر جہتی کٹائی کو فعال کرنے کے لیے بیرونی سطحوں پر پرنٹ یا لگا ہوا ہے۔ کیوبک ریکٹینا ڈھانچے محیطی RFEHs میں توانائی کے استقبال کے زیادہ امکان کو ظاہر کرتے ہیں۔
شہتیر کی چوڑائی کو بڑھانے کے لیے اینٹینا ڈیزائن میں بہتری، بشمول معاون طفیلی پیچ عناصر، 2.4 GHz، 4 × 1 arrays پر WPT کو بہتر بنانے کے لیے کیے گئے تھے۔ ایک سے زیادہ بیم والے علاقوں کے ساتھ ایک 6 گیگا ہرٹز میش اینٹینا بھی تجویز کیا گیا تھا، جس میں ہر بندرگاہ پر متعدد بیم کا مظاہرہ کیا گیا تھا۔ کثیر جہتی اور کثیر پولرائزڈ RFEH کے لیے ملٹی پورٹ، ملٹی رییکٹیفائر سرفیس ریکٹنا اور ہمہ جہتی تابکاری کے نمونوں کے ساتھ توانائی کی کٹائی کرنے والے اینٹینا تجویز کیے گئے ہیں۔ بیمفارمنگ میٹرکس اور ملٹی پورٹ اینٹینا اری کے ساتھ ملٹی ریکٹیفائرز کو بھی زیادہ فائدہ، کثیر جہتی توانائی کی کٹائی کے لیے تجویز کیا گیا ہے۔
خلاصہ یہ کہ، جب کہ کم RF کثافت سے حاصل کی جانے والی طاقت کو بہتر بنانے کے لیے زیادہ حاصل کرنے والے اینٹینا کو ترجیح دی جاتی ہے، انتہائی دشاتمک ریسیورز ایسی ایپلی کیشنز میں مثالی نہیں ہو سکتے جہاں ٹرانسمیٹر کی سمت معلوم نہ ہو (جیسے ایمبیئنٹ RFEH یا WPT نامعلوم پروپیگیشن چینلز کے ذریعے)۔ اس کام میں، کثیر جہتی ہائی گین WPT اور RFEH کے لیے متعدد ملٹی بیم اپروچ تجویز کیے گئے ہیں۔
2. اینٹینا پولرائزیشن
اینٹینا پولرائزیشن اینٹینا کے پھیلاؤ کی سمت کے نسبت برقی فیلڈ ویکٹر کی حرکت کو بیان کرتی ہے۔ پولرائزیشن کی مماثلت انٹینا کے درمیان ٹرانسمیشن/استقبال کو کم کرنے کا باعث بن سکتی ہے یہاں تک کہ جب مرکزی لوب کی سمتیں منسلک ہوں۔ مثال کے طور پر، اگر ایک عمودی LP اینٹینا ٹرانسمیشن کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اور ایک افقی LP اینٹینا استقبالیہ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو کوئی پاور موصول نہیں ہوگی۔ اس سیکشن میں، وائرلیس ریسیپشن کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ بنانے اور پولرائزیشن کے مماثل نقصانات سے بچنے کے لیے بتائے گئے طریقوں کا جائزہ لیا گیا ہے۔ پولرائزیشن کے حوالے سے مجوزہ ریکٹینا فن تعمیر کا خلاصہ شکل 6 میں دیا گیا ہے اور ایک مثال SoA جدول 4 میں دی گئی ہے۔
تصویر 6
سیلولر کمیونیکیشنز میں، بیس سٹیشنوں اور موبائل فونز کے درمیان لکیری پولرائزیشن الائنمنٹ کے حاصل ہونے کا امکان نہیں ہے، اس لیے بیس سٹیشن انٹینا کو ڈوئل پولرائزڈ یا ملٹی پولرائزڈ ہونے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے تاکہ پولرائزیشن کے مماثل نقصانات سے بچا جا سکے۔ تاہم، ملٹی پاتھ اثرات کی وجہ سے ایل پی لہروں کا پولرائزیشن تغیر ایک حل طلب مسئلہ بنی ہوئی ہے۔ کثیر پولرائزڈ موبائل بیس اسٹیشنوں کے مفروضے کی بنیاد پر، سیلولر RFEH اینٹینا کو ایل پی اینٹینا کے طور پر ڈیزائن کیا گیا ہے۔
CP rectennas بنیادی طور پر WPT میں استعمال ہوتے ہیں کیونکہ وہ نسبتاً مماثلت کے خلاف مزاحم ہوتے ہیں۔ CP اینٹینا بجلی کے نقصان کے بغیر تمام LP لہروں کے علاوہ ایک ہی گردش کی سمت (بائیں ہاتھ یا دائیں ہاتھ والی CP) کے ساتھ CP تابکاری حاصل کرنے کے قابل ہیں۔ کسی بھی صورت میں، CP اینٹینا منتقل ہوتا ہے اور LP اینٹینا 3 dB نقصان (50% پاور نقصان) کے ساتھ وصول کرتا ہے۔ CP rectennas 900 MHz اور 2.4 GHz اور 5.8 GHz صنعتی، سائنسی اور طبی بینڈ کے ساتھ ساتھ ملی میٹر لہروں کے لیے موزوں بتائے جاتے ہیں۔ من مانی طور پر پولرائزڈ لہروں کے RFEH میں، پولرائزیشن ڈائیورسٹی پولرائزیشن کے مماثل نقصانات کے ممکنہ حل کی نمائندگی کرتی ہے۔
مکمل پولرائزیشن، جسے ملٹی پولرائزیشن کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، کو پولرائزیشن کے مماثلت کے نقصانات پر مکمل طور پر قابو پانے کے لیے تجویز کیا گیا ہے، جس سے CP اور LP دونوں لہروں کو جمع کرنے کے قابل بنایا جا سکتا ہے، جہاں دو دوہری پولرائزڈ آرتھوگونل ایل پی عناصر مؤثر طریقے سے تمام LP اور CP لہروں کو حاصل کرتے ہیں۔ اس کی وضاحت کرنے کے لیے، عمودی اور افقی نیٹ وولٹیجز (VV اور VH) قطبی زاویہ سے قطع نظر مستقل رہتے ہیں:
CP برقی مقناطیسی لہر "E" الیکٹرک فیلڈ، جہاں بجلی دو بار (ایک بار فی یونٹ) جمع کی جاتی ہے، اس طرح CP جزو کو مکمل طور پر حاصل ہوتا ہے اور 3 dB پولرائزیشن کے مماثل نقصان پر قابو پاتا ہے:
آخر میں، DC امتزاج کے ذریعے، من مانی پولرائزیشن کی واقعاتی لہریں موصول ہو سکتی ہیں۔ شکل 7 رپورٹ شدہ مکمل پولرائزڈ ریکٹینا کی جیومیٹری کو ظاہر کرتا ہے۔
تصویر 7
خلاصہ طور پر، مخصوص پاور سپلائی کے ساتھ WPT ایپلی کیشنز میں، CP کو ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ یہ اینٹینا کے پولرائزیشن اینگل سے قطع نظر WPT کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔ دوسری طرف، کثیر ذرائع کے حصول میں، خاص طور پر محیط ذرائع سے، مکمل طور پر پولرائزڈ انٹینا بہتر مجموعی استقبال اور زیادہ سے زیادہ پورٹیبلٹی حاصل کر سکتے ہیں۔ RF یا DC پر مکمل طور پر پولرائزڈ پاور کو یکجا کرنے کے لیے ملٹی پورٹ/ملٹی ریکٹیفائر آرکیٹیکچرز کی ضرورت ہوتی ہے۔
خلاصہ
یہ مقالہ RFEH اور WPT کے لیے اینٹینا ڈیزائن میں حالیہ پیش رفت کا جائزہ لیتا ہے، اور RFEH اور WPT کے لیے اینٹینا ڈیزائن کی معیاری درجہ بندی کی تجویز پیش کرتا ہے جو کہ پچھلے لٹریچر میں تجویز نہیں کیا گیا تھا۔ اعلی RF-to-DC کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے اینٹینا کے تین بنیادی تقاضوں کی نشاندہی کی گئی ہے:
1. دلچسپی کے RFEH اور WPT بینڈز کے لیے اینٹینا ریکٹیفائر امپیڈینس بینڈوتھ؛
2. ایک وقف شدہ فیڈ سے WPT میں ٹرانسمیٹر اور ریسیور کے درمیان مین لاب الائنمنٹ؛
3. زاویہ اور پوزیشن سے قطع نظر رییکٹینا اور واقعہ کی لہر کے درمیان پولرائزیشن کا ملاپ۔
مائبادی کی بنیاد پر، rectenas کو 50Ω اور rectifier conjugate rectenas میں درجہ بندی کیا جاتا ہے، جس میں مختلف بینڈز اور بوجھ کے درمیان مائبادا مماثلت اور ہر مماثلت کے طریقہ کار کی کارکردگی پر توجہ دی جاتی ہے۔
SoA rectennas کی تابکاری کی خصوصیات کا براہ راست اور پولرائزیشن کے نقطہ نظر سے جائزہ لیا گیا ہے۔ تنگ بیم چوڑائی پر قابو پانے کے لیے بیمفارمنگ اور پیکیجنگ کے ذریعے نفع کو بہتر بنانے کے طریقوں پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔ آخر میں، WPT اور RFEH کے لیے پولرائزیشن سے آزاد استقبال کو حاصل کرنے کے لیے مختلف نفاذ کے ساتھ، WPT کے لیے CP rectennas کا جائزہ لیا جاتا ہے۔
اینٹینا کے بارے میں مزید جاننے کے لیے، براہ کرم ملاحظہ کریں:
پوسٹ ٹائم: اگست 16-2024
