RF enerji hasadı

İnsanların hayatını birçok yönden kolay ve rahat hale getiren dünya çapında çalışan birçok kablosuz cihaz var, ancak tüm bu kablosuz cihazların bunları kullanmak için tekrar tekrar şarj edilmesi gerekiyor. Ama ya cihazları şarj etmek için veri aktaran aynı radyo frekansını kullanabilirsek ne olur? Bu teknoloji, cihaz içindeki devreye güç sağlamak için pil kullanımını azaltır veya atlar. Fikir, hareketten veya güneş enerjisinden enerji üretmek yerine antenleri kullanarak radyo frekansından enerji toplamaktır. Bu makale RF Enerji Hasatını ayrıntılı olarak tartışacaktır.

RF Enerji Hasadı nasıl çalışır?

Pek çok RF kaynağı mevcuttur, ancak öncelikle anlaşılması gereken önemli şey , RF'yi enerjiye veya elektriğe nasıl dönüştürürüm ? İşlem oldukça basittir, tıpkı bir sinyal alan bir antenin normal süreci gibidir. Öyleyse, dönüşüm sürecini basit bir diyagram kullanarak anlayalım.

Kaynak (herhangi bir cihaz veya elektronik devre olabilir) RF sinyallerini iletir ve enerji dönüşümü için dahili bir devresi olan uygulama devresi RF'yi alır, bu daha sonra antenin uzunluğu boyunca potansiyel bir farka neden olur ve bir hareket oluşturur. taşıyıcıları anten aracılığıyla şarj edin. Yük taşıyıcılar, RF'den DC'ye dönüştürme devresine hareket eder, yani yük artık geçici olarak kapasitörde depolanan devre kullanılarak DC akımına dönüştürülür. Daha sonra Güç Koşullandırma devresi kullanılarak enerji, yük tarafından istenildiği şekilde yükseltilir veya potansiyel değere dönüştürülür.

Uydu istasyonları, radyo istasyonları, kablosuz internet gibi RF sinyallerini ileten birçok kaynak bulunmaktadır. Kendisine bağlı RF enerji toplama devresi olan herhangi bir uygulama sinyali alır ve elektriğe dönüştürür.

Dönüştürme işlemi, alıcı anten sinyali aldığında başlar ve antenin uzunluğu boyunca ayrıca antenin yük taşıyıcılarında bir hareket yapan potansiyel bir farka neden olur. Antenden gelen bu yük taşıyıcıları, teller aracılığıyla bağlanan empedans eşleştirme devresine hareket eder. Empedans eşleştirme şebekesi (IMN) anten (RF kaynağından) güç transferi emin olur Redresör / Gerilim Çarpan (Yük) maksimum değerdir. Bir RF devresindeki empedans, kaynak ve yük arasında optimum güç aktarımı için DC devresindeki direnç kadar önemlidir.

Antende alınan RF sinyali sinüzoidal bir dalga biçimine sahiptir, yani bir AC sinyalidir ve DC sinyaline dönüştürülmesi gerekir. IMN'den geçtikten sonra, doğrultucu veya voltaj çarpan devresi, sinyali uygulama ihtiyacına göre düzeltir ve yükseltir. Doğrultucu devresi yarım dalga, tam dalga veya köprü doğrultucu değildir, bunun yerine sinyali düzelten ve ayrıca uygulama gereksinimine bağlı olarak doğrultulmuş sinyali artıran bir voltaj çoğaltıcı (özel bir doğrultucu) devresidir.

Bir voltaj çarpanı kullanılarak AC'den DC'ye dönüştürülen elektrik, elektriği depolamak için bir kapasitör veya pil kullanan ve gerektiğinde yüke (uygulamaya) sağlayan güç yönetimi devresine geçer.

Ne var

Daha önce bahsedildiği gibi, RF sinyallerini kullanan birçok cihaz vardır, bu, enerjiyi toplamak için RF sinyalini almak için birçok kaynak olacağı anlamına gelir.

Enerji kaynağı olarak kullanılabilecek RF kaynakları şunlardır:

Radyo İstasyonları: Eski ama değerli olan radyo istasyonları düzenli olarak enerji kaynağı olarak kullanılabilen RF sinyalleri yayar.
TV İstasyonları: Bu da 7/24 sinyal gönderen ve iyi bir enerji kaynağı olarak kabul edilen eski ama değerli bir kaynaktır.
Cep Telefonları ve Baz İstasyonları: Milyarlarca cep telefonu ve bunların baz istasyonları, sonuç olarak iyi bir enerji kaynağı olan RF sinyalleri yayar.
Kablosuz ağlar: Her yerde bir dizi Wi-Fi yönlendirici ve kablosuz cihaz vardır ve bunlar ayrıca RF'den enerji toplamak için iyi bir kaynak olarak düşünülmelidir.

Bunlar, enerji toplamak, yani elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilen başlıca RF kaynakları olan, dünyanın her yerinde bulunan başlıca cihazlardır.

Radyo Enerji Hasatının Pratik Uygulamaları

RF sistemi kullanan Energy Harvester uygulamalarının bazıları aşağıda listelenmiştir:

RFID Kartları: RFID (Radyo Frekansı Tanımlama) teknolojisi, RFID okuyucunun kendisinden RF sinyalini alarak 'Etiketini' şarj eden Enerji Hasat kavramını kullanır. Uygulama Alışveriş Merkezleri, Metrolar, Tren İstasyonları, Endüstriler, Kolejler ve daha birçok yerde görülebilir.
Araştırma veya Değerlendirme: Şirket Powercast, gerekli ve alınan güç ve değerlendirme sonrasında yapılacak değişiklikler göz önünde bulundurularak araştırma amaçlı veya bazı yeni uygulamaların değerlendirilmesi için kullanılabilecek bir değerlendirme kurulu - "P2110 Değerlendirme panosu" oluşturmuştur.

Bu pratik uygulamaların dışında, Enerji Hasat teknolojisinin Endüstriyel İzleme, Tarım endüstrisi vb. Gibi kullanılabileceği birçok alan vardır.

RF Enerji Hasatının Sınırlamaları

İyi uygulamalar ve bir dizi avantajla, bazı dezavantajlar da vardır ve bu dezavantajlar, o şeydeki mevcut sınırlamadan kaynaklanmaktadır.

Dolayısıyla, RF enerji hasat sistemi için sınırlamalar şunlardır:

Bağımlılık: RF enerji toplama sisteminin tek bağımlılığı alınan RF sinyallerinin kalitesidir. RF değeri, atmosferik değişiklikler veya fiziksel engeller nedeniyle düşürülebilir ve RF sinyalinin iletimine direnebilir, bu da çıkış olarak düşük güçle sonuçlanır.
Verimlilik: Devre, zamanla işlevselliğini yitiren ve buna göre değiştirilmezse kötü sonuç veren elektronik bileşenlerden oluştuğundan. Sonuç olarak, bu bir bütün olarak sistem verimliliğini etkileyecek ve karşılığında uygunsuz çıktı sağlayacaktır.
Karmaşıklık: Sistemin alıcısının uygulamalarına ve güç depolama devresine göre tasarlanması gerekir, bu da onu daha karmaşık hale getirir.
Frekans: Enerji toplamak için bir RF sinyali almak üzere tasarlanmış herhangi bir devre veya cihaz, birden fazla değil, yalnızca bir frekans bandını çalıştıracak şekilde tasarlanabilir. Yani, sadece bu bant spektrumu ile sınırlıdır.
Şarj Süresi: Dönüşümden elde edilen maksimum güç çıkışı miliwatt veya mikrowatt cinsindendir. Yani uygulamanın gerektirdiği gücün üretilmesi uzun zaman alacaktır.

Bu sınırlamaların dışında, Radyo Frekansı (RF) kullanarak Enerji Hasadı, Otomasyon Endüstrisi, Tarım, IoT, Sağlık Endüstrisi vb.

Piyasada bulunan RF Enerji Hasat Donanımı

Piyasada bulunan ve Radyo Frekansı Enerjisi Toplamayı destekleyen donanımlar şunlardır:

Powercast P2110B: Powercast şirketi, değerlendirme ve uygulama tabanlı kullanım için kullanılabilen P2110B'yi piyasaya sürdü.

Uygulamalar:
- Pilsiz kablosuz sensörler
  - Endüstriyel İzleme
  - Akıllı ızgara
  - Savunma
  - Bina otomasyonu
  - Petrol gazı
- Pil şarj oluyor
  - Sikke hücreleri
  - İnce film hücreleri
- Düşük güç elektroniği

Özellikleri:
- Yüksek dönüşüm verimliliği
- Uzun menzilli uygulamaları mümkün kılan düşük seviyeli RF sinyallerini dönüştürür
- 5'e kadar düzenlenmiş voltaj çıkışı.
- 50mA'ya kadar çıkış akımı
- Alınan sinyal gücü göstergesi
- Geniş RF çalışma aralığı
- -12 dBm girişe kadar çalışma
- Mikroişlemci kontrolü için harici olarak sıfırlanabilir
- Endüstriyel sıcaklık aralığı
- RoHS uyumlu

Powercast P1110B: P2110B'ye benzer şekilde, Powercast P1110B aşağıdaki özelliklere ve uygulamalara sahiptir.

Özellikleri:
- Yüksek dönüşüm verimliliği,>% 70
- Düşük güç tüketimi
- Li-ion ve Alkalin pil şarjını desteklemek için yapılandırılabilir voltaj çıkışı
- Kapasitör şarjını desteklemek için 0V'den çalışma
- Alınan sinyal gücü göstergesi
- Geniş çalışma aralığı
- -5 dBm giriş gücüne kadar çalışma
- Endüstriyel sıcaklık aralığı
- RoHS Uyumlu

Uygulamalar:
- Kablosuz sensörler
  - Endüstriyel İzleme
  - Akıllı ızgara
  - Yapısal Sağlık İzleme
  - Savunma
  - Bina otomasyonu
  - Tarım
  - Petrol gazı
  - Konuma duyarlı hizmetler
- Kablosuz tetikleyici
- Düşük güç elektroniği.

Bunlar, piyasada bulunan iki RF tabanlı enerji toplama cihazıdır ve Powercast şirketi tarafından geliştirilmiştir .

IOT Uygulamalarında RF Enerji Hasatının Kullanımı

Elektronik cihazların otomasyonunda Nesnelerin İnterneti'nin (IoT) artan popülaritesi ile birlikte, evler ve endüstriler için IoT uygulamaları geliştiriliyor ve bu uygulamalar, yıllarca tetiklenmeyi beklerken potansiyel olarak güçte kalabilir. Enerji hasadı kabiliyetiyle bu tür cihazlar, kendi pillerini şarj etmek için havadan enerji çekebilir veya çevreden yeterince enerji toplayabilir, böylece bir pilin şarj edilmesi için herhangi bir harici güç kaynağına ihtiyaç duymayabilir. Bu tür kendinden beslemeli sensörler artık tipik olarak " sıfır güç" olarak anılmaktadırGörünür bir enerji kaynağı olmayan kablosuz bir ağ geçidi kullanarak sensör verilerini doğrudan bir IoT bulutunda sağlama yetenekleri için kablosuz sensörler. Mevcut RF enerji kaynaklarından güç toplayarak, uzaktan izleme gibi az bakım gerektiren uygulamalar için IoT sensörleri gibi yeni nesil ultra düşük güçlü (ULP) kablosuz cihazlar geliştirilebilir.

Enerji hasadı, mobil cihazlar için daha uzun pil ömrü ve bazı elektronik cihazlar için muhtemelen pilsiz çalışma sağlayabildiğinden, kablosuz iletişim için bir "yardımcı" teknoloji gibi kabul edilir.