Rf enerģijas novākšana

Visā pasaulē darbojas daudzas bezvadu ierīces, kas daudzos veidos padara cilvēku dzīvi vieglu un ērtu, taču visu šo bezvadu ierīču lietošana ir nepieciešama atkārtoti un atkal, lai tās lietotu. Bet ja nu, ierīču uzlādēšanai mēs varam izmantot to pašu radio frekvenci, kas pārsūta datus. Šī tehnoloģija samazinātu vai izlaistu bateriju izmantošanu ķēdes darbināšanai ierīces iekšpusē. Ideja ir iegūt enerģiju no radiofrekvences, izmantojot antenas, nevis radīt enerģiju no kustības vai saules enerģijas. Šajā rakstā detalizēti tiks apspriesta RF enerģijas ieguve.

Kā darbojas RF enerģijas savākšana?

Ir pieejami daudzi radiofrekvenču avoti, taču vispirms ir svarīgi saprast, kā pārveidot RF enerģijā vai elektrībā ? Process ir diezgan vienkāršs, tas ir tāpat kā parasts antenas signāla saņemšanas process. Tātad, ļaujiet mums saprast pārveidošanas procesu, izmantojot vienkāršu diagrammu.

Avots (var būt jebkura ierīce vai elektroniska ķēde), kas pārraida RF signālus, un lietojuma ķēde, kurai ir iebūvēta ķēde enerģijas pārveidošanai, saņem RF, kas pēc tam rada potenciālu atšķirību antenas garumā un rada kustību uzlādēt nesējus caur antenu. Lādēšanas nesēji pāriet uz RF pārveidošanu par līdzstrāvu, ti, lādiņš tagad tiek pārveidots par līdzstrāvas strāvu, izmantojot ķēdi, kas īslaicīgi tiek uzglabāta kondensatorā. Pēc tam, izmantojot jaudas kondicionēšanas ķēdi, enerģija tiek pastiprināta vai pārveidota par potenciālo vērtību, kā to vēlas slodze.

Ir daudz avotu, kas pārraida RF signālus, piemēram, satelīta stacijas, radiostacijas, bezvadu internets. Jebkura lietojumprogramma, kurai ir pievienota RF enerģijas savākšanas ķēde, saņemtu signālu un pārveidotu to par elektrību.

Pārveidošanas process sākas, kad uztverošā antena saņem signālu un rada potenciālu starpību antenas garumā, kas vēl vairāk pārvietojas antenas lādiņu nesējos. Šie lādiņa nesēji no antenas pāriet uz impedances saskaņošanas ķēdi, kas savienota caur vadiem. Pretestības atbilstību tīkls (IMN) nodrošina, ka varas pāreja no antenas (RF avots), lai Rectifier / sprieguma reizinātājs (slodzi) ir maksimālais. RF ķēdes pretestība ir tikpat svarīga kā pretestība līdzstrāvas ķēdē, lai optimāli pārsūtītu enerģiju starp avotu un slodzi.

Uz antenas saņemtajam RF signālam ir sinusoidāla viļņa forma, tas ir, tas ir maiņstrāvas signāls, un tas jāpārvērš par DC signālu. Pēc iziešanas caur IMN, taisngrieža vai sprieguma reizinātāja ķēde izlīdzina un pastiprina signālu atbilstoši lietojuma vajadzībām. Taisngrieža ķēde nav pusviļņa, pilna viļņa vai tilta taisngriezis, bet tā ir sprieguma reizinātāja (īpaša taisngrieža) ķēde, kas izlabo signālu un arī uzlabo iztaisnoto signālu, pamatojoties uz lietojuma prasībām.

Elektroenerģija, kas tiek pārveidota no maiņstrāvas līdz līdzstrāvai, izmantojot sprieguma reizinātāju, pāriet uz strāvas pārvaldības ķēdi, kas elektrības uzkrāšanai izmanto kondensatoru vai akumulatoru un vajadzības gadījumā piegādā to slodzei (lietojumprogrammai).

Kas ir s

Kā minēts iepriekš, ir daudz ierīču, kas izmanto RF signālus, tas nozīmē, ka būtu daudz avotu RF signāla saņemšanai enerģijas iegūšanai.

RF avoti, kurus var izmantot kā enerģijas avotus, ir:

• Radiostacijas: vecas, bet cienīgas radiostacijas regulāri izstaro RF signālus, kurus var izmantot kā enerģijas avotu.
• TV stacijas: arī tas ir vecs, bet cienīgs avots, kas 24 stundas diennaktī sūta signālus un tiek uzskatīts par labu enerģijas avotu.
• Mobilie tālruņi un bāzes stacijas: miljardiem mobilo tālruņu un to bāzes staciju izstaro RF signālus, kas rezultātā ir labs enerģijas avots.
• Bezvadu tīkli: visur ir vairāki Wi-Fi maršrutētāji un bezvadu ierīces, un tie arī jāuzskata par labu enerģijas iegūšanas avotu no RF.

Šīs ir galvenās ierīces visā pasaulē, kas ir galvenie RF avoti, kurus var izmantot enerģijas iegūšanai, ti, elektroenerģijas ražošanai.

Radio enerģijas novākšanas praktiskie pielietojumi

Daži no Energy Harvester lietojumiem, izmantojot RF sistēmu, ir uzskaitīti zemāk:

• RFID kartes: RFID (radiofrekvenču identifikācijas) tehnoloģijā tiek izmantota enerģijas savākšanas koncepcija, kas uzlādē savu “tagu”, saņemot RF signālu no paša RFID lasītāja. Lietojumprogrammu var redzēt tirdzniecības centros, metro, dzelzceļa stacijās, nozarēs, koledžās un daudzās citās vietās.
• Pētījumi vai novērtēšana: Uzņēmums Powercast ir izlaidis novērtēšanas padomi - “P2110 Eval board”, kuru var izmantot izpētes nolūkos vai dažu jaunu lietojumprogrammu novērtēšanai, ņemot vērā nepieciešamo un saņemto jaudu un izmaiņas, kas jāveic pēc novērtēšanas.

Bez šiem praktiskajiem pielietojumiem, enerģijas ražas novākšanas tehnoloģiju var izmantot daudzās jomās, piemēram, rūpnieciskajā uzraudzībā, lauksaimniecības rūpniecībā utt.

RF enerģijas ieguves ierobežojumi

Ar labu lietojumu un vairākām priekšrocībām ir arī daži trūkumi, un šie trūkumi tiek radīti, ņemot vērā pašreizējos ierobežojumus šai lietai.

Tātad RF enerģijas savākšanas sistēmas ierobežojumi ir:

• Atkarība: Vienīgā RF enerģijas savākšanas sistēmas atkarība ir saņemto RF signālu kvalitāte. RF vērtību var samazināt atmosfēras izmaiņu vai fizisku šķēršļu dēļ, un tā var pretoties RF signāla pārraidei, kā rezultātā izeja ir maza jauda.
• Efektivitāte: Tā kā ķēde sastāv no elektroniskiem komponentiem, kuri laika gaitā zaudē savu funkcionalitāti un dod sliktus rezultātus, ja netiek attiecīgi mainīti. Rezultātā tas ietekmētu sistēmas efektivitāti kopumā un pretī nodrošinātu nepareizu izvadi.
• Sarežģītība: Sistēmas uztvērējs ir jāprojektē, pamatojoties uz tā lietojumprogrammām un strāvas uzkrāšanas ķēdi, kas padara tā izveidi sarežģītāku.
• Frekvence: jebkura ķēde vai ierīce, kas paredzēta RF signāla uztveršanai enerģijas iegūšanai, var būt paredzēta tikai vienas, nevis vairāku frekvenču joslas darbībai. Tātad tas ir ierobežots tikai ar šo joslas spektru.
• Uzlādes laiks: maksimālā pārveidošanas jauda ir milivatos vai mikrovatos. Tātad vajadzīgajai jaudai, ko nodrošina lietojumprogramma, būtu nepieciešams ilgs laiks.

Bez šiem ierobežojumiem enerģijas iegūšanai, izmantojot radiofrekvenču (RF), ir daudz priekšrocību, kā rezultātā to izmanto automatizācijas rūpniecībā, lauksaimniecībā, IOT, veselības aprūpes nozarē utt.

RF enerģijas ieguves aparatūra, kas pieejama tirgū

Tirgū pieejamā aparatūra, kas atbalsta radiofrekvenču enerģijas ieguvi, ir:

• Powercast P2110B: Uzņēmums Powercast ir laidis klajā P2110B, kuru var izmantot gan novērtēšanai, gan lietošanai.

• Pielietojums:
  • Bez akumulatoriem bezvadu sensori
    • Rūpnieciskā uzraudzība
    • Viedais režģis
    • Aizsardzība
    • Ēku automatizācija
    • Nafta un gāze
  • Akumulatora uzlāde
    • Monētu šūnas
    • Plānas plēves šūnas
  • Mazjaudas elektronika

• Iespējas:
  • Augsta konversijas efektivitāte
  • Pārvērš zema līmeņa RF signālus, kas nodrošina tālsatiksmes lietojumus
  • Regulētā sprieguma izeja līdz 5.
  • Līdz 50mA izejas strāva
  • Saņemtā signāla stipruma indikators
  • Plašs RF darbības diapazons
  • Darbība līdz -12 dBm ieejai
  • Ārēji atiestatāms mikroprocesora kontrolei
  • Rūpnieciskais temperatūras diapazons
  • Saderīgs ar RoHS

• Powercast P1110B: Līdzīgi kā P2110B, arī Powercast P1110B ir šādas funkcijas un lietojumprogrammas.

• Iespējas:
  • Augsta konversijas efektivitāte,> 70%
  • Zems enerģijas patēriņš
  • Konfigurējama sprieguma izeja, kas atbalsta litija jonu un sārma akumulatoru uzlādi
  • Darbība no 0 V, lai atbalstītu kondensatora uzlādi
  • Saņemtā signāla stipruma indikators
  • Plašs darbības diapazons
  • Darbība līdz -5 dBm ieejas jaudai
  • Rūpnieciskais temperatūras diapazons
  • Saderīgs ar RoHS

• Pielietojums:
  • Bezvadu sensori
    • Rūpnieciskā uzraudzība
    • Viedais režģis
    • Strukturālā veselības uzraudzība
    • Aizsardzība
    • Ēku automatizācija
    • Lauksaimniecība
    • Nafta un gāze
    • Pakalpojumi par atrašanās vietu
  • Bezvadu sprūda
  • Mazjaudas elektronika.

Šīs ir divas tirgū pieejamās RF bāzes enerģijas savākšanas ierīces, kuras izstrādājusi kompānija Powercast.

RF enerģijas ieguves izmantošana IOT lietojumprogrammās

Pieaugot lietiskā interneta (IoT) popularitātei elektronisko ierīču automatizācijā, tiek izstrādātas IoT lietojumprogrammas mājām un rūpniecībai, kuras, iespējams, gadiem ilgi varētu darboties, gaidot sprūdu. Izmantojot enerģijas savākšanas iespējas, šādas ierīces burtiski var izvilkt enerģiju no gaisa, lai uzlādētu pašas savas baterijas, vai savākt pietiekami daudz enerģijas no apkārtējās vides, lai akumulatoram varētu pat neprasīt ārēju barošanas avotu. Šādus pašpiedziņas sensorus tagad parasti sauc par “ nulles jaudu”bezvadu sensori, kas nodrošina sensoru datus tieši IoT mākonī, izmantojot bezvadu vārteju bez redzama enerģijas avota. Iegūstot enerģiju no pieejamajiem RF enerģijas avotiem, var izstrādāt jaunas paaudzes īpaši mazjaudas (ULP) bezvadu ierīces, piemēram, IoT sensorus, kas nepieciešami zemas apkopes vajadzībām, piemēram, attālinātai uzraudzībai.

Enerģijas novākšana tiek uzskatīta par līdzīgu bezvadu sakaru “pavadoņa” tehnoloģijai, jo tā var pagarināt mobilo ierīču akumulatora darbības laiku un, iespējams, dažu elektronisko ierīču darbību bez akumulatora.