קצירת אנרגיה RF

ישנם מכשירים אלחוטיים רבים העובדים ברחבי העולם, מה שמקל על חיי האנשים ונוחים במובנים רבים, אך יש לטעון את כל המכשירים האלחוטיים הללו שוב ושוב בכדי להשתמש בהם. אבל מה אם, נוכל להשתמש באותה תדר רדיו שמעביר נתונים, כדי לטעון את המכשירים. טכנולוגיה זו תפחית או תשמט את השימוש בסוללות להפעלת המעגל בתוך המכשיר. הרעיון הוא לקצור אנרגיה מתדר הרדיו באמצעות האנטנות במקום לייצר אנרגיה מתנועה או מאנרגיה סולארית. מאמר זה ידון בפירוט על קצירת אנרגיה של RF.

כיצד פועלת קציר אנרגיה RF?

ישנם מקורות רבים של RF זמינים, אך הדבר החשוב שיש להבין תחילה הוא, כיצד להמיר את ה- RF לאנרגיה או לחשמל ? התהליך פשוט למדי, זה בדיוק כמו התהליך הרגיל של אנטנה המקבלת אות. אז תן לנו להבין את תהליך ההמרה באמצעות דיאגרמה פשוטה.

המקור (יכול להיות כל מכשיר או מעגל אלקטרוני) המשדר אותות RF ומעגל היישום, בעל מעגל מובנה להמרת אנרגיה, מקבל את ה- RF, מה שגורם לאחר מכן להפרש פוטנציאלי לאורך האנטנה ויוצר תנועה של לטעון מנשאים דרך האנטנה. נושאות המטען עוברות למעגל ההמרה RF ל- DC, כלומר המטען מומר כעת לזרם DC באמצעות המעגל השמור בקבל באופן זמני. ואז באמצעות מעגל מיזוג האנרגיה, האנרגיה מוגברת או מומרת לערך הפוטנציאלי לפי העומס הרצוי.

ישנם מקורות רבים המשדרים אותות RF כמו תחנות לווין, תחנות רדיו, אינטרנט אלחוטי. כל יישום שמצורף אליו מעגל קצירת אנרגיה RF, יקבל את האות ויהמיר אותו לחשמל.

תהליך ההמרה מתחיל כאשר האנטנה המקבלת מקבלת את האות וגורמת להפרש פוטנציאלי לאורך האנטנה מה שעושה עוד יותר תנועה במובילי המטען של האנטנה. מנשאי טעינה אלה מהאנטנה עוברים למעגל התאמת העכבה המחובר דרך החוטים. רשת תאום עכבות (IMN) מוודאת כי העברת הכח מן האנטנה (מקור RF) אל מכפיל המתח המיישר / (Load) היא מקסימלית. העכבה במעגל RF חשובה לא פחות מההתנגדות במעגל DC להעברת כוח מיטבית בין המקור לעומס.

לאות ה- RF המתקבל באנטנה יש צורת גל סינוסי, כלומר הוא אות AC ויש להמיר אותו לאות DC. לאחר מעבר דרך IMN, המיישר או מעגל מכפיל המתח מיישר ומגביר את האות בהתאם לצורך היישום. מעגל המיישר אינו מיישר חצי גל, גל מלא או מיישר גשר במקום זה הוא מעגל מכפיל מתח (מיישר מיוחד) שמתקן את האות וגם מגביר את האות המתוקן על פי דרישת היישום.

החשמל המומר מ- AC ל DC באמצעות מכפיל מתח עובר למעגל ניהול הכוח המשתמש בקבל או בסוללה לאחסון החשמל ומספק אותו לעומס (היישום) בכל עת.

מה הם

כפי שצוין קודם, ישנם מכשירים רבים המשתמשים באותות RF כלומר, יהיו מקורות רבים לקבלת אות ה- RF לצורך קצירת האנרגיה.

מקורות RF המשמשים כמקור אנרגיה הם:

• תחנות רדיו: תחנות הרדיו ישנות אך ראויות, פולטות באופן קבוע אותות RF המשמשים כמקור אנרגיה.
• תחנות טלוויזיה: גם זהו מקור ישן אך ראוי השולח אותות 24/7 ונחשב כמקור אנרגיה טוב.
• טלפונים ניידים ותחנות בסיס: מיליארדי טלפונים ניידים ותחנות הבסיס שלהם פולטים אותות RF שכתוצאה מכך הם מקור אנרגיה טוב.
• רשתות אלחוטיות: ישנם מספר נתבי Wi-Fi ומכשירים אלחוטיים בכל מקום, ויש לראות בהם גם מקור טוב לקצירת אנרגיה מ- RF.

אלה הם המכשירים העיקריים הקיימים בכל רחבי העולם שהם המקורות העיקריים של RF שניתן להשתמש בהם לקטיף אנרגיה כלומר לייצר אנרגיה חשמלית.

יישומים מעשיים של קצירת אנרגיה ברדיו

חלק מהיישומים של Energy Harvester המשתמשים במערכת RF מפורטים להלן:

• כרטיסי RFID: טכנולוגיית ה- RFID (זיהוי תדרים רדיו) משתמשת במושג קצירת אנרגיה הטוענת את 'התג' שלה על ידי קבלת אות ה- RF מקורא ה- RFID עצמו. ניתן לראות את היישום בקניונים, במטרו, בתחנות רכבת, בתעשיות, במכללות ובמקומות רבים אחרים.
• מחקר או הערכה: חברת Powercast השיקה לוח הערכה - "לוח הערכה P2110" שיכול לשמש לצורכי מחקר או להערכה של כמה יישומים חדשים בהתחשב בכוח הנדרש והתקבל ושינויים שייערכו לאחר ההערכה.

מלבד יישומים מעשיים אלה, ישנם תחומים רבים בהם ניתן להשתמש בטכנולוגיית קציר אנרגיה כמו ניטור תעשייתי, תעשיית חקלאות וכו '.

מגבלות של קצירת אנרגיה RF

עם יישומים טובים ומספר יתרונות, ישנם גם חסרונות וחסרונות אלה נגרמים עקב המגבלה הקיימת בדבר זה.

אז המגבלות למערכת קצירת אנרגיה RF הן:

• תלות: התלות היחידה של מערכת קצירת האנרגיה של RF היא איכות אותות ה- RF שהתקבלו. ניתן להפחית את ערך ה- RF עקב שינויים אטמוספריים או מכשולים פיזיים ויכול לעמוד בפני העברת אות ה- RF, וכתוצאה מכך הספק נמוך כתפוקה.
• יעילות: מכיוון שהמעגל מורכב מרכיבים אלקטרוניים המאבדים את הפונקציונליות שלהם עם הזמן ונותנים תוצאות גרועות אם לא משתנים בהתאם. כתוצאה מכך זה ישפיע על יעילות המערכת כולה ויספק בתמורה פלט לא תקין.
• מורכבות: יש לתכנן את מקלט המערכת על סמך היישומים שלה ומעגל אחסון הכוח, מה שהופך אותה למורכבת יותר לבנייה.
• תדר: כל מעגל או מכשיר שתוכנן לקבל אות RF לקצירת אנרגיה יכול להיות מתוכנן להפעלת רק תדר אחד ולא מרובה. אז זה מוגבל רק לספקטרום הלהקה הזה.
• זמן טעינה: תפוקת ההספק המרבית מההמרה היא במיליוואט או מיקרו-ואט. אז, הכוח הנדרש על ידי היישום יידרש זמן רב כדי לייצר.

מלבד מגבלות אלה, לקצירת אנרגיה באמצעות תדר רדיו (RF) יתרונות רבים וכתוצאה מכך יש לה יישום בתעשיית אוטומציה, חקלאות, IOT, תעשיית הבריאות וכו '.

חומרת קציר אנרגיה RF זמינה בשוק

החומרה הקיימת בשוק התומכת בקצירת אנרגיה בתדרי רדיו היא:

• Powercast P2110B: חברת Powercast השיקה את P2110B שיכול לשמש להערכה וכן לשימוש מבוסס יישומים.

• יישומים:
  • חיישנים אלחוטיים נטולי סוללות
    • ניטור תעשייתי
    • רשת חכמה
    • הֲגָנָה
    • אוטומציה לבנייה
    • נפט וגז
  • טעינת סוללה
    • תאי מטבע
    • תאים דקים
  • אלקטרוניקה בהספק נמוך

• תכונות:
  • יעילות המרה גבוהה
  • ממיר אותות RF ברמה נמוכה המאפשרים יישומים לטווח ארוך
  • תפוקת מתח מוסדרת עד 5.
  • זרם יציאה של עד 50mA
  • מחוון עוצמת האות שהתקבל
  • טווח פעולה רחב של RF
  • פעולה עד כניסה -12 dBm
  • ניתן לאיפוס חיצוני לבקרת המיקרו-מעבד
  • טווח טמפרטורות תעשייתי
  • תואם RoHS

• Powercast P1110B: בדומה ל- P2110B, ל- Powercast P1110B יש את התכונות והיישומים הבאים.

• תכונות:
  • יעילות המרה גבוהה,> 70%
  • צריכת חשמל נמוכה
  • יציאת מתח ניתנת להגדרה שתומכת בטעינה של סוללות ליתיום ואלקליין
  • פעולה מ 0 וולט לתמיכה בטעינה של קבלים
  • מחוון עוצמת האות שהתקבל
  • טווח הפעלה רחב
  • פעולה עד כניסה קלט של -5 dBm
  • טווח טמפרטורות תעשייתי
  • תואם RoHS

• יישומים:
  • חיישנים אלחוטיים
    • ניטור תעשייתי
    • רשת חכמה
    • ניטור בריאות מבני
    • הֲגָנָה
    • אוטומציה לבנייה
    • חַקלָאוּת
    • נפט וגז
    • שירותים מודעים למיקום
  • הדק אלחוטי
  • אלקטרוניקה עם הספק נמוך.

אלה שני מכשירי קצירת האנרגיה מבוססי RF הקיימים בשוק ומפותחים על ידי חברת Powercast.

שימוש בקצירת אנרגיה RF ביישומי IOT

עם הפופולריות הגוברת של האינטרנט של הדברים (IoT) באוטומציה של מכשירים אלקטרוניים, יישומי IoT מפותחים עבור בתים ותעשיות, שעלולים להישאר מופעלים במשך שנים ומחכים להדק. עם יכולת קצירת אנרגיה, מכשירים כאלה יכולים ממש למשוך אנרגיה מהאוויר כדי לטעון את הסוללות שלהם או לקצור מספיק אנרגיה מהסביבה, כך שסוללה אפילו לא תדרוש שום מקור כוח חיצוני להיטען. חיישנים המופעלים על ידי עצמם מכונים כיום בדרך כלל " אפס כוח"חיישנים אלחוטיים על יכולתם לספק נתוני חיישנים ישירות בענן IoT, באמצעות שער אלחוטי ללא מקור אנרגיה נראה לעין. על ידי קצירת כוח ממקורות אנרגיה RF זמינים, ניתן לפתח דור חדש של התקנים אלחוטיים בעלי הספק נמוך במיוחד (ULP), כגון חיישני IoT, ליישומים בעלי תחזוקה נמוכה כמו ניטור מרחוק.

קצירת אנרגיה נחשבת כמו טכנולוגיה "נלווית" לתקשורת אלחוטית מכיוון שהיא יכולה לאפשר חיי סוללה ממושכים למכשירים ניידים ואולי גם ללא סוללה עבור מכשירים אלקטרוניים מסוימים.