Rf sakupljanje energije

Mnogo je bežičnih uređaja koji rade širom svijeta što ljudima na mnogo načina čini život laganim i ugodnim, ali svi ovi bežični uređaji trebaju se ponovno i ponovno puniti da bi se mogli koristiti. Ali što ako, za punjenje uređaja možemo koristiti istu radio frekvenciju koja prenosi podatke. Ova bi tehnologija smanjila ili izostavila upotrebu baterija za napajanje kruga unutar uređaja. Ideja je prikupiti energiju iz radio frekvencije pomoću antena umjesto da se generira energija iz pokreta ili sunčeve energije. Ovaj će članak detaljno raspravljati o sakupljanju RF energije.

Kako radi RF sakupljanje energije?

Dostupno je mnogo izvora RF, ali prvo je važno shvatiti kako pretvoriti RF u energiju ili električnu energiju ? Postupak je prilično jednostavan, sličan je uobičajenom procesu antene koja prima signal. Dakle, shvatimo postupak pretvorbe pomoću jednostavnog dijagrama.

Izvor (može biti bilo koji uređaj ili elektronički sklop koji) prenosi RF signale, a aplikacijski krug koji ima ugrađeni krug za pretvorbu energije prima RF koji tada uzrokuje potencijalnu razliku u duljini antene i stvara kretanje nosači naboja kroz antenu. Nosači naboja premještaju se u pretvarački krug RF u istosmjernu struju, tj. Naboj se sada pretvara u istosmjernu struju pomoću kruga koji je privremeno pohranjen u kondenzatoru. Tada se pomoću kruga za kondicioniranje energije pojačava ili pretvara u potencijalnu vrijednost prema želji opterećenja.

Mnogo je izvora koji prenose RF signale poput satelitskih stanica, radio stanica, bežičnog interneta. Bilo koja aplikacija koja ima priključen krug za sakupljanje RF energije primila bi signal i pretvorila ga u električnu energiju.

Proces pretvorbe započinje kad antena za prijam primi signal i uzrokuje potencijalnu razliku na duljini antene, što dalje stvara pomicanje u nosačima naboja antene. Ovi nosači naboja iz antene premještaju se u krug za podudaranje impedancije povezan preko žica. Mreža za podudaranje impedance (IMN) osigurava da prijenos snage s antene (RF izvor) na ispravljač / multiplikator napona (opterećenje) bude maksimalan. Impedancija u RF krugu jednako je važna kao i otpor u istosmjernom krugu za optimalan prijenos snage između izvora i opterećenja.

RF signal primljen na anteni ima sinusni valni oblik, tj. AC je signal i treba ga pretvoriti u istosmjerni signal. Nakon prolaska kroz IMN, sklop ispravljača ili množitelja napona ispravlja i pojačava signal prema potrebi aplikacije. Ispravljački krug nije poluvalni, punovalni ili mostovski ispravljač, već je sklop umnoživača napona (poseban ispravljač) koji ispravlja signal i također pojačava ispravljeni signal na temelju zahtjeva primjene.

Električna energija pretvorena iz izmjeničnog u istosmjerni pomoću umnoživača napona pomiče se u krug za upravljanje napajanjem koji koristi kondenzator ili bateriju za spremanje električne energije i isporučuje je u teret (aplikaciju) kad god je to potrebno.

Koji su s

Kao što je ranije spomenuto, postoji mnogo uređaja koji koriste RF signale, što znači da bi postojalo mnogo izvora za primanje RF signala za prikupljanje energije.

RF izvori koji se mogu koristiti kao izvor energije su:

• Radio stanice: Stare, ali vrijedne, radio stanice redovito emitiraju RF signale koji se mogu koristiti kao izvor energije.
• TV stanice: I ovo je stari, ali vrijedan izvor koji šalje signale 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu i smatra se dobrim izvorom energije.
• Mobilni telefoni i bazne stanice: Milijarde mobilnih telefona i njihove bazne stanice emitiraju RF signale koji su kao rezultat toga dobar izvor energije.
• Bežične mreže: Posvuda je prisutan niz Wi-Fi usmjerivača i bežičnih uređaja koji bi se također trebali smatrati dobrim izvorom za prikupljanje energije iz RF.

To su glavni uređaji prisutni u cijelom svijetu koji su glavni izvori RF koji se mogu koristiti za sakupljanje energije, tj. Za proizvodnju električne energije.

Praktične primjene sakupljanja radio energije

Neke od aplikacija Energy Harvestera koji koriste RF sustav navedene su u nastavku:

• RFID kartice: RFID (Radio Frequency Identification) tehnologija koristi koncept sakupljanja energije koji svoju 'oznaku' naplaćuje primanjem RF signala od samog RFID čitača. Aplikacija se može vidjeti u trgovačkim centrima, metroima, željezničkim kolodvorima, industrijama, fakultetima i mnogim drugim mjestima.
• Istraživanje ili evaluacija: Tvrtka Powercast lansirala je ploču za ocjenjivanje - „P2110 Eval board“ koja se može koristiti u istraživačke svrhe ili za procjenu nekih novih aplikacija s obzirom na potrebnu i primljenu snagu i promjene koje će se izvršiti nakon procjene.

Osim ovih praktičnih primjena, mnoga su područja u kojima se tehnologija sakupljanja energije može koristiti poput industrijskog nadzora, poljoprivrede itd.

Ograničenja sakupljanja RF energije

Uz dobre primjene i brojne prednosti, postoje i neki nedostaci koji su uzrokovani postojećim ograničenjima u toj stvari.

Dakle, ograničenja za sustav sakupljanja RF energije su:

• Ovisnost: Jedina ovisnost RF sustava za prikupljanje energije je kvaliteta primljenih RF signala. RF vrijednost može se smanjiti zbog atmosferskih promjena ili fizičkih prepreka i može se oduprijeti prijenosu RF signala, što rezultira niskom snagom kao izlazom.
• Učinkovitost: Budući da se sklop sastoji od elektroničkih komponenata koje vremenom gube svoju funkcionalnost i daju loše rezultate ako se ne promijene u skladu s tim. Kao rezultat, to bi utjecalo na učinkovitost sustava u cjelini i zauzvrat bi osiguralo nepravilan izlaz.
• Složenost: Prijemnik sustava treba biti dizajniran na temelju njegovih primjena i kruga za pohranu energije, što ga čini složenijim za izgradnju.
• Frekvencija: Bilo koji krug ili uređaj koji je dizajniran za primanje RF signala za prikupljanje energije može biti dizajniran da radi samo na jednom frekvencijskom opsegu, a ne na višestrukim. Dakle, ograničen je samo na taj spektar opsega.
• Vrijeme punjenja: Maksimalna izlazna snaga pretvorbe je u milivatima ili mikrovatima. Dakle, potrebna snaga aplikacije trebala bi dugo vremena da se proizvede.

Osim ovih ograničenja, prikupljanje energije korištenjem radio frekvencija (RF) ima brojne prednosti što rezultira primjenom u industriji automatizacije, poljoprivredi, IOT-u, zdravstvenoj industriji itd.

RF hardver za prikupljanje energije dostupan na tržištu

Hardver dostupan na tržištu koji podržava prikupljanje energije iz radio frekvencija su:

• Powercast P2110B: Tvrtka Powercast lansirala je P2110B koji se može koristiti za procjenu, kao i za uporabu zasnovanu na aplikacijama.

• Prijave:
  • Bežični senzori bez baterije
    • Industrijski nadzor
    • Pametna mreža
    • Obrana
    • Automatizacija zgrada
    • Ulje plin
  • Punjenje baterije
    • Stanice novčića
    • Stanice tankog filma
  • Elektronika male snage

• Značajke:
  • Visoka učinkovitost pretvorbe
  • Pretvara RF signale niske razine omogućujući aplikacije velikog dometa
  • Izlaz reguliranog napona do 5.
  • Izlazna struja do 50mA
  • Pokazatelj jačine primljenog signala
  • Širok radni opseg RF
  • Rad do -12 dBm ulaza
  • Vanjski resetibilno za mikroprocesorsko upravljanje
  • Raspon industrijske temperature
  • RoHS usklađen

• Powercast P1110B: Slično P2110B, Powercast P1110B ima sljedeće značajke i aplikacije.

• Značajke:
  • Visoka učinkovitost pretvorbe,> 70%
  • Niska potrošnja energije
  • Podesiv izlazni napon za podršku punjenja Li-ion i Alkalne baterije
  • Rad od 0V za podršku punjenju kondenzatora
  • Pokazatelj jačine primljenog signala
  • Širok opseg rada
  • Rad do -5 dBm ulazne snage
  • Raspon industrijske temperature
  • RoHS usklađen

• Prijave:
  • Bežični senzori
    • Industrijski nadzor
    • Pametna mreža
    • Strukturno praćenje zdravlja
    • Obrana
    • Automatizacija zgrada
    • Poljoprivreda
    • Ulje plin
    • Usluge svjesne lokacije
  • Bežični okidač
  • Elektronika male snage.

To su dva uređaja za prikupljanje energije temeljena na RF-u dostupna na tržištu, a razvila ih je tvrtka Powercast.

Korištenje sakupljanja RF energije u IOT aplikacijama

S rastućom popularnošću Interneta stvari (IoT) u automatizaciji elektroničkih uređaja, IoT aplikacije se razvijaju za domove i industriju, koje bi potencijalno mogle ostati pogonjene godinama čekajući okidač. S mogućnošću prikupljanja energije, takvi uređaji mogu doslovno izvući energiju iz zraka kako bi napunili vlastite baterije ili sakupili dovoljno energije iz okoline, tako da baterija možda neće trebati niti jedan vanjski izvor napajanja. Takvi se senzori s vlastitim pogonom sada obično nazivaju " nultom snagom"bežični senzori zbog njihove mogućnosti pružanja podataka senzora izravno na IoT oblaku, koristeći bežični pristupnik bez vidljivog izvora energije. Ubiranjem energije iz dostupnih RF izvora energije, nova generacija bežičnih uređaja ultra male snage (ULP), poput IoT senzora, može se razviti za aplikacije s malim održavanjem poput daljinskog nadzora.

Prikupljanje energije smatra se sličnom tehnologiji "pratitelja" bežičnim komunikacijama, jer može omogućiti produženi vijek trajanja baterije za mobilne uređaje i možda rad bez baterija za neke elektroničke uređaje.