Rf pridobivanje energije

Po vsem svetu deluje veliko brezžičnih naprav, zaradi katerih je življenje ljudi na več načinov enostavno in udobno, vendar jih je treba znova in znova polniti, da jih lahko uporabljamo. Kaj pa, če lahko za polnjenje naprav uporabimo isto radijsko frekvenco, ki prenaša podatke. Ta tehnologija bi zmanjšala ali izpustila uporabo baterij za napajanje vezja znotraj naprave. Ideja je pridobiti energijo iz radijske frekvence z uporabo anten, namesto da bi ustvarjali energijo iz gibanja ali sončne energije. Ta članek bi podrobno obravnaval pridobivanje RF energije.

Kako deluje pridobivanje RF energije?

Na voljo je veliko virov RF, vendar je najprej pomembno razumeti, kako pretvoriti RF v energijo ali elektriko ? Postopek je precej preprost, tako kot običajni postopek antene, ki sprejema signal. Dovolite nam, da razumemo postopek pretvorbe z uporabo preprostega diagrama.

Vir (lahko je katera koli naprava ali elektronsko vezje, ki oddaja) RF signale, aplikacijsko vezje, ki ima vgrajeno vezje za pretvorbo energije, pa RF, ki nato povzroči potencialno razliko v dolžini antene in ustvari gibanje nosilce naboja skozi anteno. Nosilci naboja se premaknejo v vezje za pretvorbo RF v enosmerni tok, tj. Naboj se zdaj pretvori v enosmerni tok s pomočjo vezja, ki je začasno shranjeno v kondenzatorju. Nato s pomočjo vezja Power Conditioning energijo ojačimo ali pretvorimo v potencialno vrednost, kot jo zahteva obremenitev.

Obstaja veliko virov, ki oddajajo RF signale, kot so satelitske postaje, radijske postaje, brezžični internet. Vsaka aplikacija, ki ima priloženo vezje za pridobivanje RF energije, bi sprejela signal in ga pretvorila v električno energijo.

Proces pretvorbe se začne, ko sprejemna antena sprejme signal in povzroči potencialno razliko po dolžini antene, kar nadalje povzroči premikanje nosilcev naboja antene. Ti nosilci naboja iz antene se premaknejo v vezje za ujemanje impedance, povezano prek žic. Omrežje za ujemanje impedance (IMN) zagotavlja, da je prenos moči z antene (RF vir) na usmernik / ojačevalnik napetosti (obremenitev) največji. Impedanca v RF vezju je enako pomembna kot upor v enosmernem tokokrogu za optimalen prenos moči med virom in obremenitvijo.

RF signal, ki ga prejme antena, ima sinusno valovno obliko, tj. Je izmenični signal in ga je treba pretvoriti v enosmerni signal. Po prehodu skozi IMN usmernik usmernika ali ojačevalnika napetosti popravi in ​​ojači signal, kot je potrebno v aplikaciji. Usmerjevalno vezje ni polvalni, polnovalni ali mostični usmernik, temveč je vezje multiplikatorja napetosti (poseben usmernik), ki usmerja signal in tudi ojača popravljeni signal glede na zahteve aplikacije.

Električna energija, pretvorjena iz izmeničnega v enosmerni tok z multiplikatorjem napetosti, se premakne v vezje za upravljanje moči, ki s kondenzatorjem ali baterijo shrani električno energijo in jo po potrebi dobavi v breme (aplikacijo).

Kaj so s

Kot smo že omenili, obstaja veliko naprav, ki uporabljajo RF signale, kar pomeni, da bi bilo veliko virov za sprejem RF signala za pridobivanje energije.

RF viri, ki se lahko uporabljajo kot vir energije, so:

• Radijske postaje: Stare, vendar vredne, radijske postaje redno oddajajo radiofrekvenčne signale, ki jih lahko uporabimo kot vir energije.
• TV postaje: Tudi to je star, a vreden vir, ki pošilja signale 24 ur na dan, vse dni v tednu in velja za dober vir energije.
• Mobilni telefoni in bazne postaje: Milijarde mobilnih telefonov in njihovih baznih postaj oddajajo RF signale, ki so posledično dober vir energije.
• Brezžična omrežja: Povsod so prisotni številni usmerjevalniki Wi-Fi in brezžične naprave, ki jih je treba obravnavati tudi kot dober vir za pridobivanje energije iz RF.

To so glavne naprave, prisotne po vsem svetu, ki so glavni viri RF, ki se lahko uporabljajo za pridobivanje energije, tj. Za proizvodnjo električne energije.

Praktične uporabe zbiranja radijske energije

Nekatere aplikacije Energy Harvesterja, ki uporablja RF sistem, so navedene spodaj:

• Kartice RFID: Tehnologija RFID (identifikacija radijske frekvence) uporablja koncept pridobivanja energije, ki zaračuna svojo "oznako" s sprejemom RF signala od samega bralnika RFID. Aplikacijo si lahko ogledate v nakupovalnih središčih, metrojih, železniških postajah, industrijah, fakultetah in mnogih drugih krajih.
• Raziskave ali vrednotenje: Podjetje Powercast je objavilo ocenjevalno tablo - “P2110 Eval board”, ki jo lahko uporabimo za raziskovalne namene ali za ocenjevanje nekaterih novih aplikacij ob upoštevanju zahtevane in prejete moči ter sprememb po oceni.

Poleg teh praktičnih aplikacij je na mnogih področjih mogoče uporabiti tehnologijo pridobivanja energije, na primer pri industrijskem nadzoru, kmetijski industriji itd.

Omejitve pridobivanja RF energije

Z dobrimi aplikacijami in številnimi prednostmi obstaja tudi nekaj pomanjkljivosti, ki so posledica obstoječih omejitev v tej stvari.

Omejitve za sistem pridobivanja RF energije so torej:

• Odvisnost: Edina odvisnost RF sistema za pridobivanje energije je kakovost sprejetih RF signalov. Vrednost RF se lahko zmanjša zaradi atmosferskih sprememb ali fizičnih ovir in se lahko upre prenosu RF signala, kar ima za posledico majhno moč kot izhod.
• Učinkovitost: Ker je vezje sestavljeno iz elektronskih komponent, ki sčasoma izgubijo svojo funkcionalnost in dajo slabe rezultate, če se ne spremenijo ustrezno. Posledično bi to vplivalo na učinkovitost sistema kot celote in v zameno zagotovilo neustrezen izhod.
• Kompleksnost: Sprejemnik sistema mora biti zasnovan na podlagi njegovih aplikacij in vezja za shranjevanje energije, zaradi česar je izdelava bolj zapletena.
• Frekvenca: Vsako vezje ali naprava, ki je zasnovana za sprejem RF signala za pridobivanje energije, je lahko zasnovana tako, da deluje samo v enem frekvenčnem pasu in ne več. Torej je omejen le na ta pasovni spekter.
• Čas polnjenja: največja izhodna moč pretvorbe je v milivatih ali mikrovatih. Torej bi za izdelavo zahtevane moči aplikacije bilo potrebno veliko časa.

Poleg teh omejitev ima pridobivanje energije z uporabo radijskih frekvenc (RF) številne prednosti, zaradi česar se uporablja v industriji avtomatizacije, kmetijstvu, IOT, zdravstvu itd.

Strojna oprema za pridobivanje RF energije, ki je na voljo na trgu

Strojna oprema, ki je na voljo na trgu in podpira radiofrekvenčno pridobivanje energije, je:

• Powercast P2110B: Podjetje Powercast je predstavilo P2110B, ki se lahko uporablja tako za ocenjevanje kot tudi za uporabo na podlagi aplikacij.

• Aplikacije:
  • Brezžični senzorji brez baterije
    • Industrijski nadzor
    • Smart Grid
    • Obramba
    • Avtomatizacija stavb
    • Nafta in plin
  • Polnjenje baterije
    • Kovanske celice
    • Tankoslojne celice
  • Elektronika majhne moči

• Lastnosti:
  • Visoka učinkovitost pretvorbe
  • Pretvori nizkofrekvenčne RF signale, ki omogočajo aplikacije velikega dosega
  • Regulirana izhodna napetost do 5.
  • Izhodni tok do 50mA
  • Kazalnik jakosti prejetega signala
  • Širok obseg delovanja RF
  • Delovanje do -12 dBm vhoda
  • Zunanjo ponastavitev za mikroprocesorsko krmiljenje
  • Razpon industrijskih temperatur
  • Skladno z RoHS

• Powercast P1110B: Podobno kot P2110B ima Powercast P1110B naslednje funkcije in aplikacije.

• Lastnosti:
  • Visoka učinkovitost pretvorbe,> 70%
  • Nizka poraba energije
  • Konfigurabilna napetostna napetost za podporo polnjenju Li-ion in alkalnih baterij
  • Delovanje od 0V za podporo polnjenju kondenzatorja
  • Kazalnik jakosti prejetega signala
  • Širok obseg delovanja
  • Delovanje do -5 dBm vhodne moči
  • Razpon industrijskih temperatur
  • Skladno z RoHS

• Aplikacije:
  • Brezžični senzorji
    • Industrijski nadzor
    • Smart Grid
    • Spremljanje strukturnega zdravja
    • Obramba
    • Avtomatizacija stavb
    • Kmetijstvo
    • Nafta in plin
    • Lokacijske storitve
  • Brezžični sprožilec
  • Elektronika majhne moči.

To sta dve napravi za pridobivanje energije na osnovi RF, ki sta na voljo na trgu in jih je razvilo podjetje Powercast.

Uporaba pridobivanja RF energije v IOT aplikacijah

Z naraščajočo priljubljenostjo interneta stvari (IoT) pri avtomatizaciji elektronskih naprav se razvijajo aplikacije IoT za domove in industrijo, ki bi lahko še več let poganjale čakanje na sprožilec. Z zmožnostjo pridobivanja energije lahko takšne naprave dobesedno potegnejo energijo iz zraka, da napolnijo svoje baterije ali iz okolja naberejo dovolj energije, tako da baterija morda sploh ne potrebuje zunanjega vira napajanja. Takšni senzorji z lastnim napajanjem se zdaj običajno imenujejo " ničelna moč"brezžični senzorji za njihovo zmožnost zagotavljanja podatkov senzorjev neposredno v oblaku IoT z uporabo brezžičnega prehoda brez očitnega vira energije. Z izkoriščanjem energije iz razpoložljivih RF virov energije je mogoče razviti novo generacijo brezžičnih naprav z ultra nizko porabo (ULP), kot so IoT senzorji, za aplikacije z nizkim vzdrževanjem, kot je daljinsko spremljanje.

Pridobivanje energije je podobno kot tehnologija "spremljevalca" brezžičnih komunikacij, saj lahko mobilnim napravam omogoči podaljšano življenjsko dobo in nekatere elektronske naprave brez baterij.