Сбор радиочастотной энергии

В мире работает множество беспроводных устройств, которые делают жизнь людей легкой и удобной во многих отношениях, но все эти беспроводные устройства необходимо заряжать снова и снова, чтобы использовать их. Но что, если мы можем использовать ту же радиочастоту, которая передает данные, для зарядки устройств. Эта технология позволит сократить или полностью исключить использование батарей для питания цепи внутри устройства. Идея состоит в том, чтобы собирать энергию с радиочастоты с помощью антенн, а не генерировать энергию от движения или солнечной энергии. В этой статье подробно рассматривается сбор радиочастотной энергии.

Как работает RF Energy Harvesting?

Доступно множество источников РЧ, но сначала важно понять, как преобразовать РЧ в энергию или электричество ? Процесс довольно прост, он похож на обычный процесс приема сигнала антенной. Итак, давайте разберемся в процессе конвертации с помощью простой схемы.

Источник (может быть любое устройство или электронная схема, которые) передает РЧ-сигналы, а прикладная схема, которая имеет встроенную схему преобразования энергии, принимает РЧ-сигнал, который затем вызывает разность потенциалов по длине антенны и создает движение носители заряда через антенну. Носители заряда перемещаются в схему преобразования ВЧ в постоянный ток, то есть заряд теперь преобразуется в постоянный ток с помощью схемы, которая временно сохраняется в конденсаторе. Затем с помощью схемы стабилизации мощности энергия усиливается или преобразуется в значение потенциала, требуемое нагрузкой.

Есть много источников, которые передают радиосигналы, такие как спутниковые станции, радиостанции, беспроводной Интернет. Любое приложение, к которому подключена схема сбора высокочастотной энергии, получит сигнал и преобразует его в электричество.

Процесс преобразования начинается, когда приемная антенна принимает сигнал и вызывает разность потенциалов по длине антенны, которая дополнительно перемещает носители заряда антенны. Эти носители заряда от антенны перемещаются в цепь согласования импеданса, подключенную через провода. Сеть согласования импеданса (IMN) обеспечивает максимальную передачу мощности от антенны (источника RF) к выпрямителю / умножителю напряжения (нагрузке). Импеданс в ВЧ-цепи так же важен, как и сопротивление в цепи постоянного тока для оптимальной передачи мощности между источником и нагрузкой.

Радиочастотный сигнал, принимаемый антенной, имеет синусоидальную форму, то есть является сигналом переменного тока, и его необходимо преобразовать в сигнал постоянного тока. После прохождения через IMN схема выпрямителя или умножителя напряжения выпрямляет и усиливает сигнал в соответствии с потребностями приложения. Схема выпрямителя не является полуволновым, двухполупериодным или мостовым выпрямителем, а представляет собой схему умножителя напряжения (специальный выпрямитель), которая выпрямляет сигнал, а также усиливает выпрямленный сигнал в зависимости от требований приложения.

Электроэнергия, преобразованная из переменного тока в постоянный с помощью умножителя напряжения, подается в схему управления питанием, которая использует конденсатор или батарею для хранения электроэнергии и подает ее на нагрузку (приложение), когда это необходимо.

Какие с

Как упоминалось ранее, существует много устройств, использующих радиочастотные сигналы, а это означает, что будет много источников для приема радиочастотного сигнала для сбора энергии.

Источники RF, которые можно использовать в качестве источника энергии:

• Радиостанции: старые, но достойные, радиостанции регулярно излучают радиочастотные сигналы, которые можно использовать в качестве источника энергии.
• Телевизионные станции: это тоже старый, но достойный источник, который посылает сигналы 24/7 и считается хорошим источником энергии.
• Мобильные телефоны и базовые станции: миллиарды мобильных телефонов и их базовых станций излучают радиочастотные сигналы, которые в результате являются хорошим источником энергии.
• Беспроводные сети: повсюду присутствует ряд маршрутизаторов Wi-Fi и беспроводных устройств, и их также следует рассматривать как хороший источник для сбора энергии из РФ.

Это основные устройства, присутствующие во всем мире, которые являются основными источниками радиочастотного излучения, которые можно использовать для сбора энергии, то есть для выработки электроэнергии.

Практическое применение сбора радиоактивной энергии

Некоторые из применений Energy Harvester с использованием радиочастотной системы перечислены ниже:

• Карты RFID: технология RFID (радиочастотная идентификация) использует концепцию сбора энергии, которая заряжает свою «метку», получая радиочастотный сигнал от самого считывателя RFID. Приложение можно увидеть в торговых центрах, метро, ​​на вокзалах, промышленных предприятиях, колледжах и во многих других местах.
• Исследование или оценка: Компания Powercast выпустила оценочную плату - «Оценочную плату P2110», которую можно использовать в исследовательских целях или для оценки некоторых новых приложений с учетом требуемой и полученной мощности, а также изменений, которые необходимо внести после оценки.

Помимо этих практических приложений, существует множество областей, в которых можно использовать технологию сбора энергии, например, в промышленном мониторинге, сельском хозяйстве и т. Д.

Ограничения сбора радиочастотной энергии

У хороших приложений и ряда преимуществ есть и некоторые недостатки, и эти недостатки вызваны существующими ограничениями в этой вещи.

Итак, ограничения для системы сбора радиочастотной энергии:

• Зависимость: Единственная зависимость системы сбора РЧ-энергии - это качество принимаемых РЧ-сигналов. Значение RF может быть уменьшено из-за атмосферных изменений или физических препятствий и может препятствовать передаче RF-сигнала, что приводит к низкой выходной мощности.
• Эффективность: поскольку схема состоит из электронных компонентов, которые со временем теряют свою функциональность и дают плохие результаты, если не изменить их соответствующим образом. В результате это повлияет на эффективность системы в целом и даст взамен ненадлежащий результат.
• Сложность: приемник для системы необходимо разрабатывать с учетом его приложений и схемы накопления энергии, что делает его более сложным в сборке.
• Частота: любая схема или устройство, предназначенное для приема радиочастотного сигнала для сбора энергии, может быть спроектировано для работы только с одной полосой частот, а не с несколькими. Таким образом, он ограничен только этим диапазоном частот.
• Время зарядки: максимальная выходная мощность преобразователя выражается в милливаттах или микроваттах. Таким образом, для выработки требуемой мощности приложения потребуется много времени.

Помимо этих ограничений, сбор энергии с использованием радиочастоты (RF) имеет множество преимуществ, в результате которых он находит применение в автоматизации, сельском хозяйстве, IOT, здравоохранении и т. Д.

Оборудование для сбора энергии RF доступно на рынке

Доступное на рынке оборудование, поддерживающее сбор радиочастотной энергии:

• Powercast P2110B: Компания Powercast выпустила P2110B, который можно использовать как для оценки, так и для приложений.

• Приложения:
  • Беспроводные датчики без батарей
    • Промышленный мониторинг
    • Умная сеть электроснабжения
    • Защита
    • Автоматизация зданий
    • Нефтяной газ
  • Зарядка аккумулятора
    • Монетные ячейки
    • Тонкопленочные клетки
  • Электроника малой мощности

• Особенности:
  • Высокая эффективность преобразования
  • Преобразует низкоуровневые радиочастотные сигналы, позволяя применять их на больших расстояниях
  • Регулируемое выходное напряжение до 5.
  • Выходной ток до 50 мА
  • Индикатор уровня принимаемого сигнала
  • Широкий рабочий диапазон RF
  • Работа до -12 дБм на входе
  • Внешний сброс для микропроцессорного управления
  • Промышленный температурный диапазон
  • Соответствует RoHS

• Powercast P1110B: Как и P2110B, Powercast P1110B имеет следующие функции и приложения.

• Особенности:
  • Высокая эффективность преобразования,> 70%
  • Низкое энергопотребление
  • Настраиваемый выход напряжения для поддержки перезарядки литий-ионных и щелочных батарей
  • Работа от 0 В для поддержки зарядки конденсатора
  • Индикатор уровня принимаемого сигнала
  • Широкий рабочий диапазон
  • Работа при входной мощности до -5 дБмВт
  • Промышленный температурный диапазон
  • Соответствует RoHS

• Приложения:
  • Беспроводные датчики
    • Промышленный мониторинг
    • Умная сеть электроснабжения
    • Структурный мониторинг здоровья
    • Защита
    • Автоматизация зданий
    • сельское хозяйство
    • Нефтяной газ
    • Услуги с учетом местоположения
  • Беспроводной триггер
  • Электроника малой мощности.

Это два устройства для сбора энергии на основе радиочастот, доступные на рынке и разработанные компанией Powercast.

Использование сбора радиочастотной энергии в приложениях IOT

С ростом популярности Интернета вещей (IoT) в автоматизации электронных устройств разрабатываются приложения IoT для дома и промышленности, которые потенциально могут оставаться в сети в течение многих лет, ожидая запуска. Благодаря способности собирать энергию, такие устройства могут буквально вытягивать энергию из воздуха для подзарядки собственных батарей или собирать достаточно энергии из окружающей среды, так что для зарядки батареи может даже не потребоваться какой-либо внешний источник питания. Такие датчики с автономным питанием теперь обычно называют « нулевыми».беспроводные датчики за их способность предоставлять данные датчиков непосредственно в облаке IoT, используя беспроводной шлюз без видимого источника энергии. За счет сбора энергии из доступных источников РЧ-энергии можно разработать новое поколение беспроводных устройств со сверхмалым энергопотреблением (ULP), таких как датчики Интернета вещей, для приложений с низким уровнем обслуживания, таких как удаленный мониторинг.

Сбор энергии во многом похож на технологию беспроводной связи, поскольку она может продлить срок службы батареи для мобильных устройств и, возможно, без батареи для некоторых электронных устройств.