Høst af RF-energi

Der er mange trådløse enheder, der arbejder over hele verden, hvilket gør folks liv let og behageligt på mange måder, men alle disse trådløse enheder er nødvendige for at blive opladet igen og igen for at bruge dem. Men hvad nu hvis vi kan bruge den samme radiofrekvens, der overfører data, til at oplade enhederne. Denne teknologi ville reducere eller udelade brugen af ​​batterier til strømforsyning af kredsløbet inde i enheden. Ideen er at høste energi fra radiofrekvensen ved hjælp af antennerne i stedet for at generere energi fra bevægelse eller solenergi. Denne artikel vil diskutere RF-energihøstning i detaljer.

Hvordan fungerer RF-energihøstning?

Der er mange RF-kilder til rådighed, men det vigtigste at forstå først er, hvordan man konverterer RF til energi eller elektricitet ? Processen er ret enkel, den er ligesom den normale proces, hvor en antenne modtager et signal. Så lad os forstå processen med konvertering ved hjælp af et simpelt diagram.

Kilden (kan være en hvilken som helst enhed eller et elektronisk kredsløb, der) transmitterer RF-signaler, og applikationskredsløbet, der har et indbygget kredsløb til energikonvertering, modtager RF, som derefter forårsager en potentiel forskel over antennens længde og skaber en bevægelse af lad bærere gennem antennen. Ladebærerne bevæger sig til RF til DC-konverteringskredsløbet, dvs. ladningen konverteres nu til DC-strøm ved hjælp af kredsløbet, der midlertidigt er lagret i kondensatoren. Derefter forstærkes eller omdannes energien ved hjælp af Power Conditioning-kredsløbet til den potentielle værdi som ønsket af belastningen.

Der er mange kilder, der sender RF-signaler som satellitstationer, radiostationer, trådløst internet. Enhver applikation, der har RF-høstkredsløb knyttet til sig, modtager signalet og konverterer det til elektricitet.

Konverteringsprocessen begynder, når den modtagende antenne modtager signalet og forårsager en potentiel forskel over længden af ​​antennen, hvilket yderligere foretager en bevægelse i antennens ladebærere. Disse ladebærere fra antenne bevæger sig til det impedansmatchende kredsløb, der er forbundet via ledningerne. Den impedanstilpasningsnettet (IMN) sørger for, at kraftoverførsel fra antennen (RF kilde) til ensretter / Voltage Multiplier (Load) er maksimum. Impedansen i et RF-kredsløb er lige så vigtig som modstand i DC-kredsløbet for optimal strømoverførsel mellem kilden og belastningen.

RF-signalet, der modtages ved antennen, har en sinusformet bølgeform, dvs. er et AC-signal og skal konverteres til DC-signal. Efter passage gennem IMN retter ensretter eller spændingsmultiplikator kredsløb og forstærker signalet efter applikationsbehovet. Ensretterkredsløbet er ikke en halvbølge-, fuldbølge- eller en bro-ensretter i stedet for, det er en spændingsmultiplikator (en speciel ensretter) kredsløb, som korrigerer signalet og også forstærker det korrigerede signal baseret på applikationskravet.

Den elektricitet, der er konverteret fra vekselstrøm til jævnstrøm ved hjælp af en spændingsmultiplikator, flytter til strømstyringskredsløbet, der bruger en kondensator eller et batteri til at lagre elektriciteten og leverer den til belastningen (applikationen), når det er nødvendigt.

Hvad er s

Som nævnt tidligere er der mange enheder, der bruger RF-signaler, det betyder, at der ville være mange kilder til modtagelse af RF-signalet til høst af energi.

RF-kilder, der kan bruges som energikilde, er:

• Radiostationer: Gamle, men værdige, radiostationerne udsender regelmæssigt RF-signaler, som kan bruges som energikilde.
• Tv-stationer: Dette er også en gammel, men værdig kilde, der sender signaler 24/7 og betragtes som en god energikilde.
• Mobiltelefoner og basestationer: Milliarder mobiltelefoner og deres basestationer udsender RF-signaler, som et resultat er en god energikilde.
• Trådløse netværk: Der er et antal Wi-Fi-routere og trådløse enheder til stede overalt, og de bør også betragtes som en god kilde til høst af energi fra RF.

Dette er de vigtigste enheder til stede over hele verden, som er de vigtigste kilder til RF, der kan bruges til at høste energi, dvs. generere elektrisk energi.

Praktiske anvendelser af radioenergihøstning

Nogle af anvendelserne af Energy Harvester ved hjælp af RF- system er anført nedenfor:

• RFID-kort: RFID-teknologien (Radio Frequency Identification) bruger begrebet Energy Harvesting, der oplader sit 'tag' ved at modtage RF-signalet fra selve RFID-læseren. Ansøgningen kan ses i indkøbscentre, metroer, togstationer, industrier, colleges og mange andre steder.
• Forskning eller evaluering: Virksomheden Powercast har lanceret et evalueringskort - ”P2110 Eval-kort”, der kan bruges til forskningsformål eller til evaluering af nogle nye applikationer, der overvejer den krævede og modtagne styrke og ændringer, der skal foretages efter evaluering.

Bortset fra disse praktiske anvendelser er der mange områder, hvor energihøstningsteknologi kan bruges som i industriel overvågning, landbrugsindustri osv.

Begrænsninger ved RF-høst af energi

Med gode applikationer og en række fordele er der også nogle ulemper, og disse ulemper skyldes den eksisterende begrænsning i den ting.

Så begrænsningerne for RF-energihøstningssystem er:

• Afhængighed: Den eneste afhængighed af RF-energihøstningssystemet er den modtagne RF-signalkvalitet. RF-værdien kan reduceres på grund af atmosfæriske ændringer eller fysiske forhindringer og kan modstå transmission af RF-signalet, hvilket resulterer i lav effekt som output.
• Effektivitet: Da kredsløbet består af elektroniske komponenter, der mister deres funktionalitet med tiden og giver dårlige resultater, hvis de ikke ændres i overensstemmelse hermed. Som et resultat vil dette påvirke systemets effektivitet som helhed og give forkert output til gengæld.
• Kompleksitet: Modtageren til systemet skal designes ud fra dets applikationer og strømlagerkredsløbet, hvilket gør det mere komplekst at bygge.
• Frekvens: Ethvert kredsløb eller udstyr, der er designet til at modtage et RF-signal til høst af energi, kan designes til kun at fungere med et frekvensbånd og ikke flere. Så det er kun begrænset til dette båndspektrum.
• Opladningstid: Den maksimale effekt fra konverteringen er i milliwatt eller mikro watt. Så den krævede effekt fra applikationen har brug for lang tid at producere.

Bortset fra disse begrænsninger har energihøstning ved hjælp af radiofrekvens (RF) mange fordele, som den har anvendelse i automatiseringsindustrien, landbruget, IOT, sundhedsindustrien osv.

RF Energy Harvesting Hardware tilgængelig på markedet

Den tilgængelige hardware på markedet, der understøtter radiofrekvensenergihøstning, er:

• Powercast P2110B: Virksomheden Powercast har lanceret P2110B, som kan bruges til evaluering såvel som til applikationsbaseret brug.

• Anvendelser:
  • Batterifri trådløse sensorer
    • Industriel overvågning
    • Smart Grid
    • Forsvar
    • Bygningsautomatisering
    • Olie og gas
  • Batteriopladning
    • Møntceller
    • Tynde filmceller
  • Elektronik med lav effekt

• Funktioner:
  • Høj konverteringseffektivitet
  • Konverterer RF-signaler på lavt niveau, der muliggør applikationer med lang rækkevidde
  • Reguleret spændingsudgang op til 5.
  • Op til 50 mA udgangsstrøm
  • Modtaget signalstyrkeindikator
  • Bredt RF-driftsområde
  • Drift ned til -12 dBm input
  • Nulstilles eksternt til mikroprocessorstyring
  • Industrielt temperaturområde
  • RoHS-kompatibel

• Powercast P1110B: I lighed med P2110B har Powercast P1110B følgende funktioner og applikationer.

• Funktioner:
  • Høj konverteringseffektivitet> 70%
  • Lavt strømforbrug
  • Konfigurerbar spændingsoutput til understøttelse af genopladning af Li-ion og alkalisk batteri
  • Drift fra 0V til understøttelse af kondensatoropladning
  • Modtaget signalstyrkeindikator
  • Bredt driftsområde
  • Drift ned til -5 dBm indgangseffekt
  • Industrielt temperaturområde
  • RoHS-kompatibel

• Anvendelser:
  • Trådløse sensorer
    • Industriel overvågning
    • Smart Grid
    • Strukturel sundhedsovervågning
    • Forsvar
    • Bygningsautomatisering
    • Landbrug
    • Olie og gas
    • Placeringsbevidste tjenester
  • Trådløs udløser
  • Elektronik med lav effekt.

Dette er de to RF-baserede energihøstningsenheder, der er tilgængelige på markedet, og er udviklet af firmaet Powercast.

Brug af RF-energihøstning i IOT-applikationer

Med den voksende popularitet af Internet of Things (IoT) inden for automatisering af elektroniske enheder udvikles IoT-applikationer til hjem og industrier, som potentielt kan forblive drevet i årevis og afventer en udløser. Med kapacitet til høst af energi kan sådanne enheder bogstaveligt talt trække energi ud af luften for at genoplade deres egne batterier eller høste nok energi fra omgivelserne, så et batteri måske ikke engang kræver en ekstern strømkilde for at oplade. Sådanne selvdrevne sensorer betegnes nu typisk som " nul-effekt"trådløse sensorer for deres evne til at levere sensordata direkte på en IoT-sky ved hjælp af en trådløs gateway uden tilsyneladende energikilde. Ved at høste strøm fra tilgængelige RF-energikilder kan en ny generation af ultra-low-power (ULP) trådløse enheder, såsom IoT-sensorer, udvikles til applikationer med lav vedligeholdelse som fjernovervågning.

Energihøstning betragtes som en ”ledsagende” teknologi til trådløs kommunikation, da den kan muliggøre forlænget batterilevetid for mobile enheder og muligvis batterifri drift for nogle elektroniske enheder.