Rf získávání energie

Po celém světě existuje mnoho bezdrátových zařízení, která lidem usnadňují a usnadňují život mnoha způsoby, ale všechna tato bezdrátová zařízení je třeba znovu a znovu nabíjet, aby je bylo možné používat. Ale co když, k nabíjení zařízení můžeme použít stejnou rádiovou frekvenci, která přenáší data. Tato technologie by omezila nebo vynechala použití baterií k napájení obvodu uvnitř zařízení. Myšlenkou je získávat energii z rádiové frekvence pomocí antén namísto generování energie z pohybu nebo sluneční energie. Tento článek by podrobně pojednával o získávání RF energie.

Jak funguje RF Energy Harvesting?

Existuje mnoho zdrojů RF, ale nejdříve je důležité pochopit, jak převést RF na energii nebo elektřinu ? Proces je poměrně jednoduchý, je to jako normální proces přijímání signálu anténou. Pojďme tedy pochopit proces převodu pomocí jednoduchého diagramu.

Zdroj (může to být jakékoli zařízení nebo elektronický obvod), který přenáší vysokofrekvenční signály a aplikační obvod, který má zabudovaný obvod pro přeměnu energie, přijímá vysokofrekvenční záření, které pak způsobí potenciální rozdíl po celé délce antény a vytvoří pohyb nabíjet nosiče přes anténu. Nosiče náboje se přesouvají do obvodu převodu RF na DC, tj. Náboj se nyní převádí na stejnosměrný proud pomocí obvodu, který je dočasně uložen v kondenzátoru. Poté pomocí obvodu Power Conditioning se energie zesílí nebo převede na potenciální hodnotu podle potřeby zátěží.

Existuje mnoho zdrojů, které přenášejí RF signály, jako jsou satelitní stanice, rozhlasové stanice, bezdrátový internet. Jakákoli aplikace, která má připojený obvod pro získávání RF energie, by přijala signál a přeměnila jej na elektřinu.

Proces převodu začíná, když přijímací anténa přijme signál a způsobí potenciální rozdíl po celé délce antény, což dále způsobí pohyb v nosičích náboje antény. Tyto nosiče náboje z antény se přesouvají do obvodu přizpůsobení impedance připojeného vodiči. Síť pro přizpůsobení impedance (IMN) zajišťuje, že přenos energie z antény (zdroj RF) do usměrňovače / napěťového multiplikátoru (zátěže) je maximální. Impedance v RF obvodu je stejně důležitá jako odpor v DC obvodu pro optimální přenos energie mezi zdrojem a zátěží.

RF signál přijímaný na anténě má sinusový průběh, tj. Je střídavý signál a je třeba jej převést na stejnosměrný signál. Po průchodu IMN obvod usměrňovače nebo napěťového multiplikátoru usměrňuje a zesiluje signál podle potřeby aplikace. Obvod usměrňovače není půlvlnný, plnovlnný nebo můstkový usměrňovač, místo toho je to obvod napěťového multiplikátoru (speciální usměrňovač), který usměrňuje signál a také zesiluje usměrněný signál na základě požadavku aplikace.

Elektřina přeměněná ze střídavého proudu na stejnosměrný pomocí multiplikátoru napětí se přesune do obvodu pro správu napájení, který používá kondenzátor nebo baterii k ukládání elektřiny a dodává ji do zátěže (aplikace), kdykoli je to potřeba.

Co jsou s

Jak již bylo zmíněno dříve, existuje mnoho zařízení využívajících RF signály, to znamená, že by bylo mnoho zdrojů pro příjem RF signálu pro získávání energie.

RF zdroje, které lze použít jako zdroj energie, jsou:

• Rozhlasové stanice: Staré, ale hodné, rozhlasové stanice pravidelně vysílají vysokofrekvenční signály, které lze použít jako zdroj energie.
• Televizní stanice: Toto je také starý, ale hodný zdroj, který vysílá signály 24/7 a je považován za dobrý zdroj energie.
• Mobilní telefony a základnové stanice: Miliardy mobilních telefonů a jejich základnových stanic vysílají vysokofrekvenční signály, které jsou díky tomu dobrým zdrojem energie.
• Bezdrátové sítě: Všude existuje řada směrovačů Wi-Fi a bezdrátových zařízení a měly by být také považovány za dobrý zdroj pro získávání energie z RF.

Jedná se o hlavní zařízení přítomná po celém světě, která jsou hlavními zdroji RF, které lze použít ke sklizni energie, tj. K výrobě elektrické energie.

Praktické aplikace sběru rádiové energie

Některé z aplikací Energy Harvester využívajících RF systém jsou uvedeny níže:

• RFID karty: Technologie RFID (Radio Frequency Identification) využívá koncept získávání energie, který nabíjí svůj „tag“ přijímáním RF signálu ze samotné čtečky RFID. Tuto aplikaci lze vidět v nákupních centrech, metrech, na vlakových stanicích, v průmyslových odvětvích, na vysokých školách a na mnoha dalších místech.
• Výzkum nebo hodnocení: Společnost Powercast spustila hodnotící komisi - „P2110 Eval board“, kterou lze použít pro výzkumné účely nebo pro hodnocení některých nových aplikací s ohledem na požadovanou a získanou sílu a změny, které je třeba provést po vyhodnocení.

Kromě těchto praktických aplikací existuje mnoho oblastí, kde lze použít technologii získávání energie, například v průmyslovém monitorování, zemědělství atd.

Omezení získávání RF energie

S dobrými aplikacemi a řadou výhod existují i ​​některé nevýhody, které jsou způsobeny stávajícím omezením v dané věci.

Omezení pro systém získávání RF energie jsou tedy:

• Závislost: Jedinou závislostí systému získávání RF energie je kvalita přijímaných RF signálů. Hodnotu RF lze snížit vlivem atmosférických změn nebo fyzických překážek a odolávat přenosu RF signálu, což má za následek nízký výkon jako výstup.
• Účinnost: Vzhledem k tomu, že obvod je tvořen elektronickými součástkami, které časem ztrácejí funkčnost a mají špatné výsledky, pokud nebudou odpovídajícím způsobem změněny. Ve výsledku by to ovlivnilo účinnost systému jako celku a poskytlo na oplátku nesprávný výstup.
• Složitost: Přijímač systému je třeba navrhnout na základě jeho aplikací a obvodu pro ukládání energie, což jeho stavbu komplikuje.
• Frekvence: Jakýkoli obvod nebo zařízení, které je navrženo pro příjem RF signálu pro získávání energie, může být navrženo tak, aby fungovalo pouze v jednom frekvenčním pásmu a ne více. Je tedy omezeno pouze na toto pásmové spektrum.
• Doba nabíjení: Maximální výstupní výkon z konverze je v miliwattech nebo mikrowattech. Potřebný výkon aplikace by tedy potřeboval dlouhou dobu k výrobě.

Kromě těchto omezení má získávání energie pomocí vysokofrekvenční (RF) mnoho výhod, díky nimž má uplatnění v automatizačním průmyslu, zemědělství, IOT, zdravotnictví atd.

Hardware pro získávání RF energie dostupný na trhu

Hardware dostupný na trhu, který podporuje vysokofrekvenční získávání energie, je:

• Powercast P2110B: Společnost Powercast uvedla na trh model P2110B, který lze použít jak pro hodnocení, tak pro použití na základě aplikací.

• Aplikace:
  • Bezdrátové senzory bez baterií
    • Průmyslové monitorování
    • Inteligentní síť
    • Obrana
    • Automatizace budov
    • Ropa a plyn
  • Dobíjení baterie
    • Knoflíkové buňky
    • Tenkovrstvé buňky
  • Elektronika s nízkým výkonem

• Funkce:
  • Vysoká účinnost konverze
  • Převádí nízkoúrovňové RF signály umožňující aplikace na velké vzdálenosti
  • Regulovaný napěťový výstup až 5.
  • Výstupní proud až 50 mA
  • Indikátor síly přijímaného signálu
  • Široký operační dosah RF
  • Provoz až do -12 dBm vstupu
  • Externě resetovatelné pro mikroprocesorové řízení
  • Průmyslový teplotní rozsah
  • Vyhovuje směrnici RoHS

• Powercast P1110B: Podobně jako P2110B má Powercast P1110B následující funkce a aplikace.

• Funkce:
  • Vysoká účinnost konverze,> 70%
  • Nízká spotřeba energie
  • Konfigurovatelný napěťový výstup pro podporu dobíjení lithium-iontových a alkalických baterií
  • Provoz od 0 V pro podporu nabíjení kondenzátoru
  • Indikátor síly přijímaného signálu
  • Široký provozní rozsah
  • Provoz až do -5 dBm vstupního výkonu
  • Průmyslový teplotní rozsah
  • Vyhovuje směrnici RoHS

• Aplikace:
  • Bezdrátové senzory
    • Průmyslové monitorování
    • Inteligentní síť
    • Strukturální monitorování zdraví
    • Obrana
    • Automatizace budov
    • Zemědělství
    • Ropa a plyn
    • Služby zohledňující polohu
  • Bezdrátová spoušť
  • Elektronika s nízkým výkonem.

Jedná se o dvě zařízení na získávání energie založená na RF, která jsou k dispozici na trhu a jsou vyvinuta společností Powercast.

Využití získávání RF energie v aplikacích IOT

S rostoucí popularitou internetu věcí (IoT) v automatizaci elektronických zařízení se vyvíjejí aplikace IoT pro domácnosti a průmyslová odvětví, která by potenciálně mohla zůstat napájena roky čekající na spuštění. Díky schopnosti sklízet energii mohou taková zařízení doslova vytahovat energii ze vzduchu, aby dobily své vlastní baterie, nebo sklízet dostatek energie z prostředí, takže baterie nemusí k nabíjení vyžadovat ani žádný externí zdroj energie. Takové samočinné snímače se nyní obvykle označují jako „ nulový výkon“bezdrátové senzory pro jejich schopnost poskytovat data senzorů přímo v cloudu IoT pomocí bezdrátové brány bez zjevného zdroje energie. Získáváním energie z dostupných zdrojů RF energie lze vyvinout novou generaci bezdrátových zařízení s ultra nízkou spotřebou (ULP), jako jsou senzory IoT, pro aplikace s nízkou údržbou, jako je vzdálené monitorování.

Získávání energie je považováno za „doprovodnou“ technologii bezdrátové komunikace, protože umožňuje prodloužení životnosti baterie pro mobilní zařízení a případně provoz bez baterií u některých elektronických zařízení.