توصيفگر ها :
برداشت انرژي بي‌سيم , انتقال توان بي‌سيم , انتقال بي‌سيم اطلاعات و توان , آنتن يكسوساز , آنتن ريزنواري
چكيده فارسي :
روش برداشت انرژي بي‌سيم (WEH) به عنوان يك راه حل مورد توجه براي افزايش طول عمر شبكه‌هاي بي‌سيم با انرژي محدود، ظهوركرده است. با استفاده از فناوري WEH، دستگاه‌هاي بي‌سيم قادر به برداشت انرژي از طريق منابع طبيعي محيطي يا سيگنال‌هاي RF ارسال شده توسط فرستنده‌هاي بي‌سيم هستند. انتقال توان بي‌سيم (WPT) يك راه حل مناسب براي تسهيل شبكه‌هاي ارتباطي كارآمد و پايدار براي به كارگيري در دستگاه‌هاي ارتباطي با انرژي محدود ارائه مي‌دهد. فناوري WPT امكان انتقال بي‌سيم اطلاعات و توان (WIPT) را به طور همزمان فراهم مي‌كند. WPT مبتني برRF از ويژگي‌هاي ميدان دور امواج الكترومغناطيسي بهره مي‌برد در نتيجه براي كاربردهايي با مسافت‌هاي طولاني (صدها متر) قابل استفاده است. جزء اصلي مورد استفاده براي تبديل انرژيRF به توان DC قابل استفاده در دستگاه‌ها، يك آنتن يكسوساز است كه اصطلاحاً آن را Rectenna مي‌نامند. در ميان عناصر مختلف Rectenna، آنتن يكي از عناصر اصلي است كه وظيفه‌ي جمع‌آوري سيگنال‌هايRF ورودي را بر عهده دارد. در اين پژوهش طراحي، شبيه‌سازي و ساخت آنتن ريزنواري مناسب جهت استفاده در سيستم برداشت انرژي بي‌سيم با تأكيد بر كاربرد در تلفن‌هاي همراه صورت گرفته است. اين ساختار شامل وصله‌ي تشعشعي به شكل حلقه با خط تغذيه‌ي ريزنواري و صفحه زمين ناقص است كه بر روي زيرنهشت FR-4 با ابعاد كلي 6/1 × 40 × 60 (بر حسب ميلي‌متر) پياده‌سازي شده است. پهناي باند آنتن شامل سه باند فركانسي 965-935 مگاهرتز، 8/2-6/1 گيگاهرتز و 6/5-4 گيگاهرتز است كه كاربردهاي مخابراتي مختلفي از جمله GSM 900 (965-935 مگاهرتز)، GSM 1800 (1880-1710 مگاهرتز)، 3G (2100 مگاهرتز)، 4G LTE (2500 مگاهرتز)، 5G (كمتر از 6 گيگاهرتز)، WLAN (4/2 و 2/5 گيگاهرتز) و WiMAX (5/2 و 5/5 گيگاهرتز) را پوشش مي‌دهد. با توجه به پهناي باند گسترده كه بيشتر باندهاي مخابراتي معروف را شامل مي‌شود انتظار مي‌رود كه آنتن قادر به برداشت انرژي بي‌سيم در سطح قابل قبولي باشد. با توجه به پايين بودن بازده تشعشعي و بهره‌ي آنتن در باند فركانسي GSM 900، با استفاده از روش حذف بخشي از زيرنهشت، بازده و بهره‌ي تشعشعي آنتن بهبود داده شده است و در نهايت متوسط بهره‌ي آنتن در هر يك از سه باند فركانسي مذكور به ترتيب dBi 0/48، dBi 3/5و dBi 2/9 به دست آمده است كه با توجه به ابعاد آنتن مقادير قابل قبولي است.
چكيده انگليسي :
Wireless Energy Harvesting (WEH) method has emerged as an interesting solution to increase the lifetime of wireless networks with limited energy. Using WEH technology, wireless devices are able to harvest energy from natural environmental sources or RF signals sent by wireless transmitters. Wireless Power Transfer (WPT) provides a suitable solution to facilitate efficient and stable communication networks for deployment in energy-constrained communication devices. WPT technology enables simultaneous Wireless Information and Power Transfer (WIPT). RF-based WPT takes advantage of the far-field characteristics of electromagnetic waves, so it can be used for applications with long distances (hundreds of meters). The main component used to convert RF energy into DC power that can be used in devices is a rectifier antenna, which is called a Rectenna. Among the various elements of Rectenna, the antenna is one of the main elements that is responsible for collecting incoming RF signals. In this research, the analysis, design, simulation, and manufacture of a suitable microstrip antenna for use in a WEH system have been done with an emphasis on the application in mobile phones. This structure consists of a ring-shaped radiation patch with a microstrip feed line and an defected ground plane, which is implemented on FR-4 substrate with overall dimensions of 1.6 x 40 x 60 (in mm). The antenna bandwidth includes three frequency bands: 935-965 MHz, 1.6-2.8 GHz, and 4-5.6 GHz, which are used in various telecommunication applications, including GSM 900 (935-965 MHz), GSM 1800 (1710-1880 MHz). ), covering 3G (2100 MHz), 4G LTE (2500 MHz), 5G (less than 6 GHz), WLAN (2.4 and 5.2 GHz), and WiMAX (2.5 and 5.5 GHz). Considering the wide bandwidth that includes most of the popular telecommunication bands, it is expected that the antenna is able to harvest wireless energy at an acceptable level. Due to the low radiation efficiency and low gain of the antenna in the GSM 900 frequency band, by using the method of removing part of the substrate, the radiation efficiency, and gain of the antenna have been improved, and finally, the average gain of the antenna in each of the three mentioned frequency bands respectively 0.48 dBi, 3.5 dBi ,and 2.9 dBi have been obtained, which are acceptable values considering the compact dimensions of the antenna.
