Rf събиране на енергия

Има много безжични устройства, работещи по целия свят, което прави живота на хората лесен и комфортен по много начини, но всички тези безжични устройства са необходими, за да се зареждат отново и отново, за да се използват. Но какво ще стане, ако можем да използваме същата радиочестота, която прехвърля данни, за да заредим устройствата. Тази технология би намалила или пропуснала използването на батерии за захранване на веригата вътре в устройството. Идеята е да се събира енергия от радиочестотата с помощта на антените, вместо да се генерира енергия от движение или слънчева енергия. Тази статия ще обсъди подробно RF събирането на енергия.

Как работи RF събирането на енергия?

Налични са много източници на радиочестотни източници, но най-важното нещо, което трябва да се разбере първо, е, как да преобразуваме радиочестотния спектър в енергия или електричество ? Процесът е съвсем прост, точно като нормалния процес на антена, приемаща сигнал. И така, нека разберем процеса на преобразуване, като използваме проста диаграма.

Източникът (може да бъде всяко устройство или електронна схема, която) предава RF сигнали, а схемата за приложение, която има вградена верига за преобразуване на енергия, приема RF, което след това причинява потенциална разлика в дължината на антената и създава движение на носители на заряд през антената. Носителите на заряд се придвижват към веригата за преобразуване RF в постоянен ток, т.е. зарядът сега се преобразува в постоянен ток с помощта на веригата, която временно се съхранява в кондензатора. След това с помощта на веригата за кондициониране на енергия, енергията се усилва или преобразува до потенциалната стойност, както се желае от товара.

Има много източници, които предават RF сигнали като сателитни станции, радиостанции, безжичен интернет. Всяко приложение, към което е свързана радиочестотна верига за събиране на енергия, ще получи сигнала и ще го преобразува в електричество.

Процесът на преобразуване започва, когато приемащата антена приема сигнала и причинява потенциална разлика по дължината на антената, което допълнително прави движение в носителите на заряд на антената. Тези носители на заряд от антената се придвижват към веригата за съвпадение на импеданса, свързана през проводниците. Мрежата за съвпадение на импеданса (IMN) гарантира, че преносът на мощност от антената (RF източник) към токоизправителя / умножителя на напрежение (Load) е максимален. Импедансът в радиочестотна верига е толкова важен, колкото и съпротивлението в постояннотоковата верига за оптимален трансфер на мощност между източника и товара.

РЧ сигналът, получен в антената, има синусоидална форма на вълната, т.е. е променлив сигнал и трябва да бъде преобразуван в DC сигнал. След преминаване през IMN веригата на токоизправителя или умножителя на напрежение коригира и усилва сигнала според нуждите на приложението. Токоизправителната верига не е полувълнова, пълновълнова или мостова, вместо това е схема за умножител на напрежение (специален токоизправител), която коригира сигнала и също така усилва коригирания сигнал въз основа на изискването за приложение.

Електричеството, преобразувано от променлив ток в постоянен ток с помощта на умножител на напрежение, се премества във веригата за управление на мощността, която използва кондензатор или батерия за съхраняване на електричеството и го доставя на товара (приложение), когато е необходимо.

Какви са s

Както бе споменато по-рано, има много устройства, използващи RF сигнали, това означава, че ще има много източници за получаване на RF сигнал за събиране на енергия.

RF източниците, които могат да се използват като източник на енергия, са:

• Радиостанции: Стари, но достойни, радиостанциите излъчват редовно RF сигнали, които могат да се използват като източник на енергия.
• ТВ станции: Това също е стар, но достоен източник, който изпраща сигнали 24/7 и се счита за добър източник на енергия.
• Мобилни телефони и базови станции: Милиарди мобилни телефони и техните базови станции излъчват радиочестотни сигнали, които в резултат са добър източник на енергия.
• Безжични мрежи: Има редица Wi-Fi рутери и безжични устройства, които присъстват навсякъде и те също трябва да се считат за добър източник за събиране на енергия от RF.

Това са основните устройства, присъстващи по целия свят, които са основните източници на RF, които могат да се използват за събиране на енергия, т.е.

Практически приложения на събирането на радиоенергия

Някои от приложенията на Energy Harvester, използващи RF система, са изброени по-долу:

• RFID карти: Технологията RFID (Радиочестотна идентификация) използва концепцията за събиране на енергия, която зарежда своя „етикет“, като приема RF сигнала от самия RFID четец. Приложението може да се види в молове, метро, ​​гари, индустрии, колежи и много други места.
• Проучване или оценка: Компанията Powercast пусна дъска за оценка - „P2110 Eval board“, която може да се използва за изследователски цели или за оценка на някои нови приложения, като се вземат предвид необходимата и получената мощност и промените, които трябва да се направят след оценката.

Освен тези практически приложения, има много области, в които технологията за събиране на енергия може да се използва като в промишлен мониторинг, селскостопанска индустрия и др.

Ограничения на събирането на радиочестотна енергия

С добрите приложения и редица предимства има и някои недостатъци и тези недостатъци са причинени поради съществуващото ограничение в това нещо.

Така че ограниченията за системата за събиране на радиочестотна енергия са:

• Зависимост: Единствената зависимост на системата за събиране на радиочестотна енергия е качеството на получените RF сигнали. RF стойността може да бъде намалена поради атмосферни промени или физически препятствия и може да устои на предаването на RF сигнала, което води до ниска мощност като изход.
• Ефективност: Тъй като веригата се състои от електронни компоненти, които губят своята функционалност с времето и дават лоши резултати, ако не бъдат съответно променени. В резултат на това това би повлияло на ефективността на системата като цяло и би осигурило неправилен изход в замяна.
• Сложност: Приемникът на системата е необходимо да бъде проектиран въз основа на нейните приложения и веригата за съхранение на мощност, което го прави по-сложен за изграждане.
• Честота: Всяка схема или устройство, които са проектирани да приемат RF сигнал за събиране на енергия, могат да бъдат проектирани да работят само с една честотна лента, а не с множество. Така че, той е ограничен само до този спектър на лентата.
• Време за зареждане: Максималната изходна мощност от преобразуването е в миливати или микровата. Така че необходимата мощност от приложението ще се нуждае от дълго време, за да се получи.

Освен тези ограничения, събирането на енергия с помощта на радиочестота (RF) има много предимства, в резултат на което има приложение в индустрията за автоматизация, селското стопанство, IOT, здравната индустрия и др.

RF хардуер за събиране на енергия, наличен на пазара

Наличният на пазара хардуер, който поддържа събирането на радиочестотна енергия, е:

• Powercast P2110B: Компанията Powercast пусна P2110B, който може да се използва както за оценка, така и за използване на приложения.

• Приложения:
  • Безбатерийни безжични сензори
    • Индустриален мониторинг
    • Smart Grid
    • Защита
    • Автоматизация на сгради
    • Нефт и газ
  • Презареждане на батерията
    • Монетни клетки
    • Тънкослойни клетки
  • Електроника с ниска мощност

• Характеристика:
  • Висока ефективност на преобразуване
  • Преобразува нискочестотни RF сигнали, позволявайки приложения на дълги разстояния
  • Регулирано изходно напрежение до 5.
  • Изходен ток до 50mA
  • Индикатор за силата на получения сигнал
  • Широк радиочестотен обхват
  • Работа до -12 dBm вход
  • Външно нулируемо за микропроцесорно управление
  • Промишлен температурен диапазон
  • RoHS съвместим

• Powercast P1110B: Подобно на P2110B, Powercast P1110B има следните функции и приложения.

• Характеристика:
  • Висока ефективност на преобразуване,> 70%
  • Ниска консумация на енергия
  • Конфигурируем изход за напрежение, за да поддържа презареждане на литиево-йонни и алкални батерии
  • Работа от 0V за поддържане на зареждане на кондензатор
  • Индикатор за силата на получения сигнал
  • Широк работен обхват
  • Работа до -5 dBm входна мощност
  • Промишлен температурен диапазон
  • RoHS съвместим

• Приложения:
  • Безжични сензори
    • Индустриален мониторинг
    • Smart Grid
    • Структурно наблюдение на здравето
    • Защита
    • Автоматизация на сгради
    • селско стопанство
    • Нефт и газ
    • Услуги за разпознаване на местоположението
  • Безжичен спусък
  • Електроника с ниска мощност.

Това са двете базирани на RF устройства за събиране на енергия, предлагани на пазара и са разработени от компанията Powercast.

Използване на събирането на радиочестотна енергия в IOT приложения

С нарастващата популярност на Интернет на нещата (IoT) в автоматизацията на електронни устройства, IoT приложенията се разработват за домове и индустрии, които потенциално могат да останат захранвани в продължение на години в очакване на спусъка. С възможност за събиране на енергия, такива устройства могат буквално да извличат енергия от въздуха, за да презареждат собствените си батерии или да събират достатъчно енергия от околната среда, така че батерията може дори да не изисква външен източник на енергия за зареждане. Такива сензори със самостоятелно захранване сега обикновено се наричат ​​„ нулева мощност“безжични сензори за способността им да предоставят данни от сензори директно в облак на IoT, използвайки безжичен шлюз без видим източник на енергия. Чрез събиране на енергия от налични RF източници на енергия, ново поколение безжични устройства с ултра ниска мощност (ULP), като IoT сензори, могат да бъдат разработени за приложения с ниска поддръжка като дистанционно наблюдение.

Събирането на енергия се счита за подобна технология „спътник“ на безжичните комуникации, тъй като тя може да позволи удължен живот на батерията за мобилни устройства и евентуално безбатерийна работа за някои електронни устройства.