Rf energia betakarítása

Sok vezeték nélküli eszköz működik szerte a világon, ami sok szempontból megkönnyíti és kényelmessé teszi az emberek életét, de ezeknek a vezeték nélküli eszközöknek a használatához újra és újra fel kell töltődni. De mi van, ha ugyanazt az adatátviteli rádiófrekvenciát használhatjuk az eszközök töltésére. Ez a technológia csökkentené vagy elhagyná az elemek használatát az áramkör áramellátásához a készülék belsejében. Az ötlet az, hogy energiát gyűjtsön a rádiófrekvenciából az antennák felhasználásával ahelyett, hogy energiát generálna mozgásból vagy napenergiából. Ez a cikk részletesen tárgyalja az RF energia betakarítását.

Hogyan működik az RF energia betakarítása?

Számos rádiófrekvenciás forrás áll rendelkezésre, de a legfontosabb dolog, amit először meg kell érteni: Hogyan lehet az RF-t energiává vagy villamos energiává alakítani ? A folyamat meglehetősen egyszerű, pontosan olyan, mint a jelet vevő antenna normális folyamata. Tehát értsük meg az átalakítás folyamatát egy egyszerű diagram segítségével.

A forrás (bármilyen eszköz vagy elektronikus áramkör lehet), amely rádiófrekvenciás jeleket továbbít, és az alkalmazás-áramkör, amelynek beépített áramköre van az energiaátalakításhoz, megkapja az RF-t, amely aztán potenciális különbséget okoz az antenna hosszában, és mozgást hoz létre töltéshordozók az antennán keresztül. A töltéshordozók az RF-DC átalakító áramkörbe mozognak, vagyis a töltés most egyenárammá alakul át a kondenzátorban ideiglenesen tárolt áramkör segítségével. Ezután az Áramellátás áramkör segítségével az energiát felerősítik vagy átalakítják a terhelés által kívánt potenciálértékre.

Számos forrás sugározza az RF jeleket, például műholdas állomások, rádióállomások, vezeték nélküli internet. Bármely alkalmazás, amelyhez RF energiagyűjtő áramkör csatlakozik, fogadja a jelet, és elektromossággá alakítja.

Az átalakítás folyamata akkor kezdődik, amikor a vevő antenna fogadja a jelet, és potenciálkülönbséget okoz az antenna hosszában, ami tovább mozog az antenna töltőhordozóiban. Ezek a töltéshordozók az antennától az impedancia-kiegyenlítő áramkörhöz a vezetéken keresztül csatlakoznak. Az impedanciaillesztési hálózat (IMN) biztosítja, hogy az antenna (RF forrás) és az egyenirányító / feszültségszorzó (terhelés) közötti energiaátvitel maximális legyen. Az RF áramkör impedanciája ugyanolyan fontos, mint az ellenállás a DC áramkörben az optimális energiaátadás érdekében a forrás és a terhelés között.

Az antennán kapott RF jelnek szinuszos hullámformája van, azaz váltakozóáramú jel, és egyenáramú jellé kell átalakítani. Az IMN-en való áthaladás után az egyenirányító vagy a feszültség-szorzó áramkör az alkalmazási igénynek megfelelően javítja és erősíti a jelet. Az egyenirányító áramkör nem félhullámú, teljes hullámú vagy híd-egyenirányító, hanem egy feszültség-szorzó (speciális egyenirányító) áramkör, amely egyenirányítja a jelet, és emeli az egyenirányított jelet az alkalmazási követelmény alapján.

Az AC-ről DC-re átalakított villamos energia feszültségszorzóval átkerül az energiagazdálkodási áramkörbe, amely kondenzátor vagy akkumulátor segítségével tárolja az áramot, és szükség esetén ellátja a terheléssel (alkalmazás).

Mik azok az s

Mint korábban említettük, sok eszköz használ RF jeleket, ez azt jelenti, hogy sok forrás állna rendelkezésre az RF jel vételére az energia kinyerése céljából.

Energiaforrásként használható RF források a következők:

• Rádióállomások: A régi, de méltó rádióállomások rendszeresen sugároznak RF jeleket, amelyek energiaforrásként használhatók.
• Tévés állomások: Ez is egy régi, de érdemes forrás, amely a nap 24 órájában küld jeleket, és jó energiaforrásnak számít.
• Mobiltelefonok és bázisállomások: Több milliárd mobiltelefon és bázisállomásuk sugározza az RF jeleket, amelyek ennek eredményeként jó energiaforrást jelentenek.
• Vezeték nélküli hálózatok: Számos Wi-Fi útválasztó és vezeték nélküli eszköz van jelen mindenütt, és ezeket is jó forrásnak kell tekinteni az RF-ből származó energia kinyerésére.

Ezek a világszerte jelen lévő legfontosabb eszközök, amelyek a fő RF források, amelyek felhasználhatók az energia betakarítására, azaz elektromos energia előállítására.

A rádióenergia-betakarítás gyakorlati alkalmazásai

Az Energy Harvester RF rendszert használó alkalmazásainak néhány felsorolása:

• RFID-kártyák: Az RFID (rádiófrekvenciás azonosítás) technológia az energiaszükséglet fogalmát használja, amely úgy tölti fel a „címkéjét”, hogy az RF jelet magától az RFID olvasótól veszi. Az alkalmazás látható bevásárlóközpontokban, metrókban, vasútállomásokon, iparágakban, főiskolákon és még sok más helyen.
• Kutatás vagy értékelés: A Company Powercast elindított egy értékelési táblát - „P2110 Eval board” -, amely felhasználható kutatási célokra vagy néhány új alkalmazás értékelésére, figyelembe véve a szükséges és kapott erőt, valamint az értékelés után elvégzendő módosításokat.

Ezen gyakorlati alkalmazásokon kívül számos olyan területen lehet felhasználni az energiaszüret technológiát, mint például az ipari megfigyelés, a mezőgazdaság stb.

Az RF energia betakarításának korlátai

A jó alkalmazások és számos előny mellett vannak hátrányok is, és ezeket a hátrányokat az adott dolog korlátozása okozza.

Tehát a rádiófrekvenciás energia-gyűjtő rendszer korlátai:

• Függőség: Az RF energiagyűjtő rendszer egyetlen függősége a vett RF jelek minősége. Az RF érték csökkenthető a légköri változások vagy fizikai akadályok miatt, és ellenállhat az RF jel továbbításának, ami kimenetként alacsony teljesítményt eredményez.
• Hatékonyság: Mivel az áramkört olyan elektronikus alkatrészek alkotják, amelyek idővel elveszítik működésüket, és gyenge eredményeket adnak, ha nem változtatják meg őket ennek megfelelően. Ennek eredményeként ez kihat a rendszer hatékonyságára, és cserébe nem megfelelő kimenetet biztosít.
• Komplexitás: A rendszer vevőjét az alkalmazások és az energiatároló áramkör alapján kell megtervezni, ami összetettebbé teszi az építését.
• Frekvencia: Bármely áramkört vagy eszközt, amelyet RF jel vételére terveztek az energia kinyerésére, úgy lehet kialakítani, hogy csak egy és nem több frekvenciasávot működjön. Tehát csak arra a sávspektrumra korlátozódik.
• Töltési idő: Az átalakítás maximális teljesítménye milliwattban vagy mikrovattban értendő. Tehát az alkalmazás által előírt energiához hosszú időre van szükség.

Ezen korlátozásokon kívül a rádiófrekvenciás (RF) energia-betakarításnak számos előnye van, ennek eredményeként alkalmazható az automatizálási iparban, a mezőgazdaságban, az IOT-ban, az egészségügyben stb.

A piacon elérhető RF energia-betakarító hardver

A piacon elérhető hardverek, amelyek támogatják a rádiófrekvenciás energia-betakarítást, a következők:

• Powercast P2110B: A Powercast cég piacra dobta a P2110B szoftvert, amely használható értékelésre és alkalmazás alapú használatra is.

• Alkalmazások:
  • Akkumulátor nélküli vezeték nélküli érzékelők
    • Ipari monitoring
    • Intelligens rács
    • Védelem
    • Épület automatizálás
    • Olaj-gáz
  • Az akkumulátor újratöltése
    • Érme sejtek
    • Vékony filmsejtek
  • Kis teljesítményű elektronika

• Jellemzők:
  • Nagy konverziós hatékonyság
  • Alacsony szintű RF jeleket alakít át, lehetővé téve a nagy hatótávolságú alkalmazásokat
  • Szabályozott feszültség kimenet 5-ig.
  • Akár 50mA kimeneti áram
  • Fogadott jelerősség-jelző
  • Széles RF működési tartomány
  • Működés -12 dBm bemenetig
  • Külsőleg visszaállítható a mikroprocesszor vezérléséhez
  • Ipari hőmérsékleti tartomány
  • RoHS-kompatibilis

• Powercast P1110B: A P2110B-hez hasonlóan a Powercast P1110B a következő tulajdonságokkal és alkalmazásokkal rendelkezik.

• Jellemzők:
  • Nagy konverziós hatásfok,> 70%
  • Alacsony energia fogyasztás
  • Konfigurálható feszültség kimenet, amely támogatja a lítium-ionos és alkáli elemeket
  • Működés 0 V-ról a kondenzátor töltésének támogatására
  • Fogadott jelerősség-jelző
  • Széles működési tartomány
  • Működés -5 dBm bemeneti teljesítményig
  • Ipari hőmérsékleti tartomány
  • RoHS-kompatibilis

• Alkalmazások:
  • Vezeték nélküli érzékelők
    • Ipari monitoring
    • Intelligens rács
    • Strukturális állapotfigyelés
    • Védelem
    • Épület automatizálás
    • Mezőgazdaság
    • Olaj-gáz
    • Helyismerő szolgáltatások
  • Vezeték nélküli ravaszt
  • Kis teljesítményű elektronika.

Ez a piacon elérhető két RF-alapú energiagyűjtő eszköz, amelyet a Powercast cég fejlesztett ki .

Az RF energia betakarításának használata az IOT alkalmazásokban

A tárgyak internete (IoT) növekvő népszerűségével az elektronikus eszközök automatizálásában az IoT alkalmazásokat fejlesztik az otthonok és az ipar számára, amelyek potenciálisan évekig áram alatt maradhatnak, kivárva. Az energiagyűjtő képességgel az ilyen eszközök szó szerint energiát tudnak kihúzni a levegőből, hogy újratöltsék saját akkumulátorukat, vagy elegendő energiát gyűjthessenek a környezetből, így az akkumulátorok feltétlenül nem is igényelnek külső áramforrást. Az ilyen önellátó érzékelőket ma általában nulla teljesítményűnek nevezikvezeték nélküli szenzorok, amelyek képesek érzékelőadatokat szolgáltatni közvetlenül az IoT felhőjén, vezeték nélküli átjáró segítségével, látszólagos energiaforrás nélkül. A rendelkezésre álló rádiófrekvenciás energiaforrásokból történő energia kinyerésével az alacsony karbantartást igénylő alkalmazásokhoz, például a távfelügyelethez, kifejleszthető az ultra-alacsony fogyasztású (ULP) vezeték nélküli eszközök, például az IoT-érzékelők új generációja.

Az energia-visszanyerést a vezeték nélküli kommunikáció „kísérő” technológiájának tekintik, mivel ez meghosszabbíthatja az akkumulátor-élettartamot a mobileszközök számára és esetleg akkumulátor nélküli működést egyes elektronikus eszközök esetében.