Recoltarea energiei RF

Există multe dispozitive wireless care funcționează în întreaga lume, ceea ce face viața oamenilor ușoară și confortabilă din multe puncte de vedere, dar toate aceste dispozitive wireless sunt necesare pentru a fi încărcate din nou și din nou pentru a le utiliza. Dar dacă putem folosi aceeași frecvență radio care transferă date, pentru a încărca dispozitivele. Această tehnologie ar reduce sau omite utilizarea bateriilor pentru alimentarea circuitului din interiorul dispozitivului. Ideea este să recoltăm energie din frecvența radio folosind antenele în loc să generăm energie din mișcare sau energie solară. Acest articol ar discuta în detaliu despre recoltarea energiei RF.

Cum funcționează recoltarea de energie RF?

Există multe surse de RF disponibile, dar cel mai important lucru pe care trebuie să îl înțelegeți este, cum să convertiți RF în energie sau electricitate ? Procesul este destul de simplu, este la fel ca procesul normal al unei antene care primește un semnal. Deci, să înțelegem procesul de conversie folosind o diagramă simplă.

Sursa (poate fi orice dispozitiv sau circuit electronic care) transmite semnale RF și circuitul de aplicație, care are un circuit încorporat pentru conversia energiei, primește RF, care provoacă apoi o diferență de potențial pe lungimea antenei și creează o mișcare de încărcați purtătorii prin antenă. Purtătorii de încărcare se deplasează către circuitul de conversie RF la DC, adică încărcarea este acum convertită în curent continuu utilizând circuitul care este stocat temporar în condensator. Apoi, utilizând circuitul de condiționare a energiei, energia este amplificată sau convertită la valoarea potențială dorită de sarcină.

Există multe surse care transmit semnale RF, cum ar fi stații de satelit, stații de radio, internet wireless. Orice aplicație care are atașat un circuit de recoltare a energiei RF, ar primi semnalul și l-ar transforma în electricitate.

Procesul de conversie începe atunci când antena de recepție primește semnalul și provoacă o diferență de potențial pe lungimea antenei, ceea ce face în plus o mișcare în purtătorii de sarcină ai antenei. Acești purtători de încărcare de la antenă se deplasează la circuitul de potrivire a impedanței conectat prin fire. Rețeaua de potrivire a impedanței (IMN) asigură că transferul de putere de la antenă (sursa RF) la redresor / multiplicator de tensiune (încărcare) este maxim. Impedanța într-un circuit RF este la fel de importantă ca rezistența în circuitul DC pentru un transfer optim de putere între sursă și sarcină.

Semnalul RF primit la antenă are o formă de undă sinusoidală, adică este un semnal de curent alternativ și trebuie convertit în semnal de curent continuu. După trecerea prin IMN, redresorul sau circuitul multiplicator de tensiune rectifică și amplifică semnalul în funcție de necesitatea aplicației. Circuitul redresor nu este un redresor cu jumătate de undă, cu undă completă sau un redresor cu punte, ci un circuit multiplicator de tensiune (un redresor special) care rectifică semnalul și, de asemenea, mărește semnalul rectificat pe baza cerințelor aplicației.

Electricitatea convertită de la AC la CC utilizând un multiplicator de tensiune se mută în circuitul de gestionare a energiei, care folosește un condensator sau o baterie pentru a stoca energia electrică și o alimentează cu sarcina (aplicația) ori de câte ori este necesar.

Care sunt s

Așa cum am menționat mai devreme, există multe dispozitive care utilizează semnale RF, ceea ce înseamnă că ar exista multe surse pentru a primi semnalul RF pentru recoltarea energiei.

Sursele RF care pot fi utilizate ca sursă de energie sunt:

• Stații de radio: vechi, dar demne, posturile de radio emit în mod regulat semnale RF care pot fi utilizate ca sursă de energie.
• Stații TV: Și aceasta este o sursă veche, dar demnă, care trimite semnale 24/7 și este considerată o sursă bună de energie.
• Telefoane mobile și stații de bază: miliarde de telefoane mobile și stațiile lor de bază emit semnale RF care, ca urmare, sunt o sursă bună de energie.
• Rețele fără fir: există un număr de routere Wi-Fi și dispozitive wireless prezente peste tot și acestea ar trebui, de asemenea, considerate ca o sursă bună pentru recoltarea energiei de la RF.

Acestea sunt principalele dispozitive prezente în întreaga lume, care sunt sursele majore de RF care pot fi utilizate pentru recoltarea energiei, adică pentru a genera energie electrică.

Aplicații practice de recoltare a energiei radio

Unele dintre aplicațiile Energy Harvester care utilizează sistemul RF sunt enumerate mai jos:

• Carduri RFID: Tehnologia RFID (identificarea prin frecvență radio) utilizează conceptul de recoltare a energiei, care își încarcă „eticheta” primind semnalul RF de la cititorul RFID în sine. Aplicația poate fi văzută în mall-uri, metrouri, gări, industrii, colegii și multe alte locuri.
• Cercetare sau evaluare: Compania Powercast a lansat un consiliu de evaluare - „Consiliu de evaluare P2110” care poate fi utilizat în scopuri de cercetare sau pentru evaluarea unor aplicații noi, având în vedere puterea necesară și primită și modificările care trebuie făcute după evaluare.

În afară de aceste aplicații practice, există multe domenii în care tehnologia de recoltare a energiei poate fi utilizată ca în monitorizarea industrială, industria agricolă etc.

Limitări de recoltare a energiei RF

Cu aplicații bune și o serie de avantaje, există și unele dezavantaje și aceste dezavantaje sunt cauzate de limitarea existentă în acel lucru.

Deci, limitările pentru sistemul de recoltare a energiei RF sunt:

• Dependență: singura dependență a sistemului de recoltare a energiei RF este calitatea semnalelor RF recepționate. Valoarea RF poate fi redusă datorită schimbărilor atmosferice sau obstacolelor fizice și poate rezista transmiterii semnalului RF, rezultând o putere redusă ca ieșire.
• Eficiență: întrucât circuitul este alcătuit din componente electronice care își pierd funcționalitatea în timp și dau rezultate slabe dacă nu sunt modificate corespunzător. Ca rezultat, acest lucru ar afecta eficiența sistemului în ansamblu și ar oferi în schimb o ieșire necorespunzătoare.
• Complexitate: receptorul pentru sistem este necesar pentru a fi proiectat pe baza aplicațiilor sale și a circuitului de stocare a energiei, ceea ce îl face mai complex de construit.
• Frecvență: Orice circuit sau dispozitiv proiectat pentru a primi un semnal RF pentru recoltarea energiei poate fi proiectat să funcționeze doar o singură bandă de frecvență și nu multiple. Deci, este limitat doar la acel spectru de benzi.
• Timp de încărcare: puterea maximă de ieșire din conversie este în miliți sau microviți. Deci, puterea cerută de aplicație ar avea nevoie de mult timp pentru a produce.

În afară de aceste limitări, recoltarea de energie utilizând frecvența radio (RF) are multe avantaje, ca urmare a aplicării în industria automatizării, agricultură, IOT, industria sănătății etc.

Hardware de recoltare a energiei RF disponibile pe piață

Hardware-ul disponibil pe piață care acceptă recoltarea de energie prin frecvență radio este:

• Powercast P2110B: Compania Powercast a lansat P2110B, care poate fi utilizat atât pentru evaluare, cât și pentru utilizare bazată pe aplicații.

• Aplicații:
  • Senzori fără fir fără baterie
    • Monitorizare industrială
    • Retea inteligenta
    • Apărare
    • Automatizarea clădirilor
    • Petrol și gaze
  • Reîncărcarea bateriei
    • Celule de monede
    • Celule cu film subțire
  • Electronică cu putere redusă

• Caracteristici:
  • Eficiență ridicată a conversiei
  • Convertește semnale RF de nivel scăzut, permițând aplicații pe distanțe lungi
  • Ieșire de tensiune reglată până la 5.
  • Curent de ieșire de până la 50mA
  • Indicator de putere a semnalului primit
  • Gama largă de funcționare RF
  • Operațiune până la -12 dBm intrare
  • Resetabil extern pentru controlul microprocesorului
  • Intervalul de temperatură industrială
  • Conform cu RoHS

• Powercast P1110B: Similar cu P2110B, Powercast P1110B are următoarele caracteristici și aplicații.

• Caracteristici:
  • Eficiență ridicată a conversiei,> 70%
  • Consum redus de putere
  • Ieșire de tensiune configurabilă pentru a suporta reîncărcarea bateriei Li-ion și alcaline
  • Funcționare de la 0V pentru a susține încărcarea condensatorului
  • Indicator de putere a semnalului primit
  • Gama largă de funcționare
  • Funcționare până la -5 dBm putere de intrare
  • Intervalul de temperatură industrială
  • Conform cu RoHS

• Aplicații:
  • Senzori wireless
    • Monitorizare industrială
    • Retea inteligenta
    • Monitorizarea sănătății structurale
    • Apărare
    • Automatizarea clădirilor
    • Agricultură
    • Petrol și gaze
    • Servicii de localizare
  • Declanșator wireless
  • Electronică cu putere redusă.

Acestea sunt cele două dispozitive de recoltare a energiei bazate pe RF disponibile pe piață și sunt dezvoltate de compania Powercast.

Utilizarea recoltării de energie RF în aplicații IOT

Odată cu popularitatea crescândă a Internetului obiectelor (IoT) în automatizarea dispozitivelor electronice, aplicațiile IoT sunt dezvoltate pentru case și industrii, care ar putea rămâne alimentate ani de zile în așteptarea unui declanșator. Cu capacitatea de recoltare a energiei, astfel de dispozitive pot extrage literalmente energia din aer pentru a-și reîncărca bateriile sau recolta suficientă energie din mediu, astfel încât o baterie să nu necesite nici măcar o sursă de alimentare externă pentru a se încărca. Astfel de senzori auto-alimentați sunt acum denumiți de obicei „ putere zero”senzori fără fir pentru capacitatea lor de a furniza date despre senzori direct pe un nor IoT, utilizând un gateway wireless fără sursă aparentă de energie. Recoltând energie din sursele de energie RF disponibile, o nouă generație de dispozitive wireless ultra-reduse (ULP), cum ar fi senzorii IoT, poate fi dezvoltată pentru aplicații cu întreținere redusă, cum ar fi monitorizarea de la distanță.

Recoltarea energiei este considerată ca o tehnologie „însoțitoare” a comunicațiilor fără fir, deoarece poate permite o durată de viață extinsă a bateriei pentru dispozitivele mobile și, eventual, funcționarea fără baterii pentru unele dispozitive electronice.