Rf energie oogsten

Er zijn veel draadloze apparaten over de hele wereld die het leven van de mensen op veel manieren gemakkelijk en comfortabel maken, maar al deze draadloze apparaten moeten keer op keer worden opgeladen om ze te kunnen gebruiken. Maar wat als we dezelfde radiofrequentie kunnen gebruiken die gegevens overbrengt, om de apparaten op te laden. Deze technologie zou het gebruik van batterijen voor het voeden van het circuit in het apparaat verminderen of weglaten. Het idee is om energie te oogsten uit de radiofrequentie met behulp van de antennes in plaats van energie op te wekken uit beweging of zonne-energie. In dit artikel wordt de oogst van RF-energie in detail besproken.

Hoe werkt RF Energy Harvesting?

Er zijn veel bronnen van RF beschikbaar, maar het belangrijkste om eerst te begrijpen is: hoe kan RF worden omgezet in energie of elektriciteit ? Het proces is vrij eenvoudig, het is net als het normale proces waarbij een antenne een signaal ontvangt. Dus laten we het conversieproces begrijpen met behulp van een eenvoudig diagram.

De bron (kan elk apparaat of elektronisch circuit zijn dat) RF-signalen verzendt en het toepassingscircuit, dat een ingebouwd circuit heeft voor energieconversie, ontvangt de RF, die vervolgens een potentiaalverschil veroorzaakt over de lengte van de antenne en een beweging van ladingsdragers via de antenne. De ladingsdragers gaan naar het HF-naar-DC-conversiecircuit, dwz de lading wordt nu omgezet in gelijkstroom met behulp van het circuit dat tijdelijk in de condensator is opgeslagen. Vervolgens wordt met behulp van het Power Conditioning-circuit de energie versterkt of omgezet in de potentiële waarde zoals gewenst door de belasting.

Er zijn veel bronnen die RF-signalen uitzenden, zoals satellietstations, radiostations en draadloos internet. Elke toepassing waaraan een circuit voor het oogsten van RF-energie is gekoppeld, zou het signaal ontvangen en omzetten in elektriciteit.

Het conversieproces begint wanneer de ontvangende antenne het signaal ontvangt en een potentiaalverschil veroorzaakt over de lengte van de antenne dat verder een beweging maakt in de ladingsdragers van de antenne. Deze ladingsdragers van de antenne gaan naar het impedantie-aanpassingscircuit dat via de draden is verbonden. Het impedantie-aanpassingsnetwerk (IMN) zorgt ervoor dat de stroomoverdracht van de antenne (RF-bron) naar de gelijkrichter / spanningsvermenigvuldiger (belasting) maximaal is. De impedantie in een HF-circuit is net zo belangrijk als weerstand in het DC-circuit voor een optimale vermogensoverdracht tussen de bron en de belasting.

Het door de antenne ontvangen RF-signaal heeft een sinusvormige golfvorm, dwz het is een wisselspanningssignaal en moet worden omgezet in een gelijkstroomsignaal. Na het passeren van IMN, corrigeert en versterkt het gelijkrichter- of spanningsvermenigvuldigingscircuit het signaal volgens de toepassingsbehoefte. De gelijkrichterschakeling is geen halfgolf-, dubbelgolf- of bruggelijkrichter, maar een spanningsvermenigvuldiger (een speciale gelijkrichter) schakeling die het signaal gelijkricht en ook het gelijkgerichte signaal versterkt op basis van de toepassingsvereisten.

De elektriciteit die met behulp van een spanningsvermenigvuldiger van wisselstroom naar gelijkstroom wordt omgezet, gaat naar het stroombeheercircuit dat een condensator of batterij gebruikt om de elektriciteit op te slaan en deze indien nodig aan de belasting (toepassing) levert.

Wat zijn de s

Zoals eerder vermeld, zijn er veel apparaten die RF-signalen gebruiken, dit betekent dat er veel bronnen zijn voor het ontvangen van het RF-signaal voor het oogsten van de energie.

HF-bronnen die kunnen worden gebruikt als energiebron zijn:

• Radiostations: oud maar waardig, de radiostations zenden regelmatig RF-signalen uit die als energiebron kunnen worden gebruikt.
• Tv-stations: ook dit is een oude maar waardige bron die 24/7 signalen uitzendt en wordt beschouwd als een goede energiebron.
• Mobiele telefoons en basisstations: Miljarden mobiele telefoons en hun basisstations zenden RF-signalen uit, die daardoor een goede energiebron zijn.
• Draadloze netwerken: Er zijn overal een aantal Wi-Fi-routers en draadloze apparaten aanwezig en deze moeten ook worden beschouwd als een goede bron voor het oogsten van energie uit de RF.

Dit zijn de belangrijkste apparaten die over de hele wereld aanwezig zijn, de belangrijkste bronnen van RF die kunnen worden gebruikt om energie te oogsten, dwz elektrische energie op te wekken.

Praktische toepassingen van radio-energieopwekking

Enkele van de toepassingen van Energy Harvester die een RF- systeem gebruiken, worden hieronder vermeld:

• RFID-kaarten: de RFID-technologie (Radio Frequency Identification) maakt gebruik van het concept van Energy Harvesting, waarbij de 'tag' wordt opgeladen door het RF-signaal van de RFID-lezer zelf te ontvangen. De applicatie is te zien in winkelcentra, metro's, treinstations, industrieën, hogescholen en vele andere plaatsen.
• Onderzoek of evaluatie: Het bedrijf Powercast heeft een evaluatiebord gelanceerd: "P2110 Eval-bord" dat kan worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden of voor evaluaties van enkele nieuwe aanvragen, rekening houdend met de vereiste en ontvangen kracht en wijzigingen die na evaluatie moeten worden aangebracht.

Afgezien van deze praktische toepassingen, zijn er veel gebieden waar Energy Harvesting-technologie kan worden gebruikt, zoals in industriële monitoring, landbouw, enz.

Beperkingen van het oogsten van RF-energie

Bij goede toepassingen en een aantal voordelen zijn er ook enkele nadelen en deze nadelen worden veroorzaakt door de bestaande beperking in dat ding.

De beperkingen voor systemen voor het oogsten van RF-energie zijn dus:

• Afhankelijkheid: De enige afhankelijkheid van het RF-energieopvangsysteem is de kwaliteit van de ontvangen RF-signalen. De RF-waarde kan worden verlaagd als gevolg van atmosferische veranderingen of fysieke obstakels en kan de transmissie van het RF-signaal weerstaan, wat resulteert in een laag uitgangsvermogen.
• Efficiëntie: aangezien het circuit bestaat uit elektronische componenten die na verloop van tijd hun functionaliteit verliezen en slechte resultaten opleveren als ze niet dienovereenkomstig worden gewijzigd. Als gevolg hiervan zou dit de systeemefficiëntie als geheel beïnvloeden en in ruil daarvoor een onjuiste output opleveren.
• Complexiteit: de ontvanger voor het systeem moet worden ontworpen op basis van de toepassingen en het stroomopslagcircuit, waardoor het complexer is om te bouwen.
• Frequentie: elk circuit of apparaat dat is ontworpen om een ​​RF-signaal te ontvangen om energie te oogsten, kan worden ontworpen om slechts één frequentieband te bedienen en niet meerdere. Het is dus alleen beperkt tot dat bandspectrum.
• Oplaadtijd: het maximale uitgangsvermogen van de conversie is in milliwatt of microwatt. Het vereiste vermogen door de applicatie zou dus veel tijd nodig hebben om te produceren.

Afgezien van deze beperkingen heeft energieoogst met behulp van radiofrequentie (RF) vele voordelen waardoor het wordt toegepast in de automatiseringsindustrie, landbouw, IOT, gezondheidszorg, enz.

Hardware voor het oogsten van RF-energie op de markt verkrijgbaar

De op de markt beschikbare hardware die Radio Frequency Energy Harvesting ondersteunt, zijn:

• Powercast P2110B: Het bedrijf Powercast heeft P2110B gelanceerd die zowel voor evaluatie als voor applicatie-gebaseerd gebruik kan worden gebruikt.

• Toepassingen:
  • Batterijloze draadloze sensoren
    • Industriële monitoring
    • Smart Grid
    • Verdediging
    • Domotica
    • Olie gas
  • Batterij wordt opgeladen
    • Muntcellen
    • Dunne-filmcellen
  • Elektronica met laag vermogen

• Kenmerken:
  • Hoge conversie-efficiëntie
  • Zet RF-signalen op laag niveau om, waardoor toepassingen op lange afstand mogelijk zijn
  • Gereguleerde spanningsuitgang tot 5.
  • Uitgangsstroom tot 50 mA
  • Indicator ontvangen signaalsterkte
  • Breed RF-bereik
  • Werking tot -12 dBm input
  • Extern resetbaar voor microprocessorbesturing
  • Industrieel temperatuurbereik
  • RoHS-conformiteit

• Powercast P1110B: vergelijkbaar met de P2110B, heeft Powercast P1110B de volgende functies en toepassingen.

• Kenmerken:
  • Hoge conversie-efficiëntie,> 70%
  • Laag energieverbruik
  • Configureerbare spanningsoutput ter ondersteuning van het opladen van Li-ion- en alkalinebatterijen
  • Werking vanaf 0V om het opladen van de condensator te ondersteunen
  • Indicator ontvangen signaalsterkte
  • Breed werkbereik
  • Werking tot -5 dBm ingangsvermogen
  • Industrieel temperatuurbereik
  • RoHS-conformiteit

• Toepassingen:
  • Draadloze sensoren
    • Industriële monitoring
    • Smart Grid
    • Structurele gezondheidsmonitoring
    • Verdediging
    • Domotica
    • landbouw
    • Olie gas
    • Locatiebewuste diensten
  • Draadloze trigger
  • Elektronica met laag vermogen.

Dit zijn de twee op RF gebaseerde apparaten voor het oogsten van energie die op de markt verkrijgbaar zijn en zijn ontwikkeld door het bedrijf Powercast.

Gebruik van het oogsten van RF-energie in IOT-toepassingen

Met de groeiende populariteit van het Internet of Things (IoT) bij de automatisering van elektronische apparaten, worden IoT-toepassingen ontwikkeld voor huizen en industrieën, die mogelijk jarenlang van stroom kunnen blijven in afwachting van een trigger. Met de mogelijkheid om energie te oogsten, kunnen dergelijke apparaten letterlijk energie uit de lucht halen om hun eigen batterijen op te laden of voldoende energie uit de omgeving te oogsten, zodat een batterij misschien niet eens een externe voedingsbron nodig heeft om op te laden. Dergelijke zelfaangedreven sensoren worden nu meestal ' nulvermogen' genoemddraadloze sensoren vanwege hun vermogen om sensorgegevens rechtstreeks op een IoT-cloud te leveren, met behulp van een draadloze gateway zonder duidelijke energiebron. Door energie te oogsten uit beschikbare RF-energiebronnen, kan een nieuwe generatie ultra-low-power (ULP) draadloze apparaten, zoals IoT-sensoren, worden ontwikkeld voor onderhoudsarme toepassingen zoals bewaking op afstand.

Het oogsten van energie wordt beschouwd als een "metgezel" -technologie voor draadloze communicatie, aangezien het een langere levensduur van de batterij voor mobiele apparaten en mogelijk een batterijloze werking voor sommige elektronische apparaten mogelijk maakt.