Raccolta di energia RF

Ci sono molti dispositivi wireless funzionanti in tutto il mondo che rendono la vita delle persone facile e confortevole in molti modi, ma tutti questi dispositivi wireless devono essere ricaricati ancora e ancora per usarli. Ma cosa succede se, possiamo usare la stessa frequenza radio che trasferisce i dati, per caricare i dispositivi. Questa tecnologia ridurrebbe o ometterebbe l'uso di batterie per alimentare il circuito all'interno del dispositivo. L'idea è di raccogliere energia dalla radiofrequenza utilizzando le antenne invece di generare energia dal movimento o dall'energia solare. Questo articolo discuterà in dettaglio della raccolta di energia RF.

Come funziona RF Energy Harvesting?

Ci sono molte fonti di RF disponibili, ma la cosa importante da capire prima è: come convertire la RF in energia o elettricità ? Il processo è abbastanza semplice, è proprio come il normale processo di un'antenna che riceve un segnale. Quindi, cerchiamo di capire il processo di conversione utilizzando un semplice diagramma.

La sorgente (può essere qualsiasi dispositivo o circuito elettronico che) trasmette segnali RF e il circuito di applicazione, che ha un circuito integrato per la conversione dell'energia, riceve la RF, che quindi causa una differenza di potenziale su tutta la lunghezza dell'antenna e crea un movimento di portatori di carica attraverso l'antenna. I portatori di carica si spostano verso il circuito di conversione da RF a CC, cioè la carica viene ora convertita in corrente CC utilizzando il circuito che è temporaneamente immagazzinato nel condensatore. Quindi utilizzando il circuito di condizionamento della potenza, l'energia viene amplificata o convertita nel valore potenziale desiderato dal carico.

Esistono molte sorgenti che trasmettono segnali RF come stazioni satellitari, stazioni radio, Internet wireless. Qualsiasi applicazione a cui è collegato un circuito di raccolta dell'energia RF, riceverebbe il segnale e lo convertirà in elettricità.

Il processo di conversione inizia quando l' antenna ricevente riceve il segnale e provoca una differenza di potenziale lungo la lunghezza dell'antenna che compie ulteriormente un movimento nei portatori di carica dell'antenna. Questi portatori di carica dall'antenna si spostano nel circuito di adattamento dell'impedenza collegato attraverso i fili. La rete di adattamento dell'impedenza (IMN) assicura che il trasferimento di potenza dall'antenna (sorgente RF) al raddrizzatore / moltiplicatore di tensione (carico) sia massimo. L'impedenza in un circuito RF è importante quanto la resistenza nel circuito CC per un trasferimento di potenza ottimale tra la sorgente e il carico.

Il segnale RF ricevuto all'antenna ha una forma d'onda sinusoidale, ovvero è un segnale CA e deve essere convertito in segnale CC. Dopo aver attraversato IMN, il circuito raddrizzatore o moltiplicatore di tensione rettifica e amplifica il segnale secondo le necessità dell'applicazione. Il circuito raddrizzatore non è un raddrizzatore a semionda, onda intera o ponte, ma è un circuito moltiplicatore di tensione (un raddrizzatore speciale) che raddrizza il segnale e amplifica anche il segnale raddrizzato in base ai requisiti dell'applicazione.

L'elettricità convertita da CA a CC utilizzando un moltiplicatore di tensione si sposta nel circuito di gestione dell'alimentazione che utilizza un condensatore o una batteria per immagazzinare l'elettricità e la fornisce al carico (applicazione) quando necessario.

Quali sono le s

Come accennato in precedenza, ci sono molti dispositivi che utilizzano segnali RF, significa che ci sarebbero molte sorgenti per ricevere il segnale RF per raccogliere l'energia.

Le sorgenti RF che possono essere utilizzate come fonte di energia sono:

• Stazioni radio: vecchie ma degne, le stazioni radio emettono regolarmente segnali RF che possono essere utilizzati come fonte di energia.
• Stazioni TV: anche questa è una vecchia ma degna fonte che invia segnali 24 ore su 24, 7 giorni su 7 ed è considerata una buona fonte di energia.
• Telefoni cellulari e stazioni base: miliardi di telefoni cellulari e le relative stazioni base emettono segnali RF che, di conseguenza, sono una buona fonte di energia.
• Reti wireless: esistono numerosi router Wi-Fi e dispositivi wireless presenti ovunque e dovrebbero anche essere considerati una buona fonte per raccogliere energia dalla RF.

Questi sono i principali dispositivi presenti in tutto il mondo che sono le principali fonti di RF che possono essere utilizzate per raccogliere energia, ovvero generare energia elettrica.

Applicazioni pratiche della raccolta di energia radio

Di seguito sono elencate alcune delle applicazioni di Energy Harvester che utilizzano il sistema RF:

• Schede RFID: la tecnologia RFID (Radio Frequency Identification) utilizza il concetto di Energy Harvesting che carica il suo "Tag" ricevendo il segnale RF dal lettore RFID stesso. L'applicazione può essere vista in centri commerciali, metropolitane, stazioni ferroviarie, industrie, college e molti altri luoghi.
• Ricerca o valutazione: la società Powercast ha lanciato una scheda di valutazione - "Scheda di valutazione P2110" che può essere utilizzata per scopi di ricerca o per valutazioni di alcune nuove applicazioni considerando la potenza richiesta e ricevuta e le modifiche da apportare dopo la valutazione.

Oltre a queste applicazioni pratiche, ci sono molti campi in cui la tecnologia di raccolta di energia può essere utilizzata come nel monitoraggio industriale, nell'industria agricola, ecc.

Limitazioni della raccolta di energia RF

Con buone applicazioni e una serie di vantaggi, ci sono anche alcuni svantaggi e questi svantaggi sono causati a causa della limitazione esistente in quella cosa.

Quindi le limitazioni per il sistema di raccolta di energia RF sono:

• Dipendenza: L'unica dipendenza del sistema di raccolta di energia RF è la qualità dei segnali RF ricevuti. Il valore RF può essere ridotto a causa di cambiamenti atmosferici o ostacoli fisici e può resistere alla trasmissione del segnale RF, con conseguente bassa potenza in uscita.
• Efficienza: poiché il circuito è costituito da componenti elettronici che perdono la loro funzionalità nel tempo e danno scarsi risultati se non modificati di conseguenza. Di conseguenza, ciò influirebbe sull'efficienza del sistema nel suo complesso e fornirebbe in cambio un output improprio.
• Complessità: il ricevitore del sistema deve essere progettato in base alle sue applicazioni e al circuito di accumulo di energia, il che lo rende più complesso da costruire.
• Frequenza: qualsiasi circuito o dispositivo progettato per ricevere un segnale RF per raccogliere energia può essere progettato per funzionare solo su una banda di frequenza e non su più. Quindi, è limitato solo a quello spettro di banda.
• Tempo di ricarica: la potenza massima in uscita dalla conversione è in milliwatt o microwatt. Quindi, la potenza richiesta dall'applicazione richiederebbe molto tempo per essere prodotta.

Oltre a queste limitazioni, l'Energy Harvesting utilizzando la radiofrequenza (RF) presenta molti vantaggi in conseguenza dei quali trova applicazione nell'industria dell'automazione, agricoltura, IOT, industria sanitaria, ecc.

Hardware RF Energy Harvesting disponibile sul mercato

Gli hardware disponibili sul mercato che supportano la raccolta di energia in radiofrequenza sono:

• Powercast P2110B: La società Powercast ha lanciato P2110B che può essere utilizzato per la valutazione e per l'uso basato sull'applicazione.

• Applicazioni:
  • Sensori wireless senza batteria
    • Monitoraggio industriale
    • Rete intelligente
    • Difesa
    • Automazione degli edifici
    • Gasolio
  • Ricarica della batteria
    • Celle a bottone
    • Celle a film sottile
  • Elettronica a bassa potenza

• Caratteristiche:
  • Alta efficienza di conversione
  • Converte i segnali RF di basso livello consentendo applicazioni a lungo raggio
  • Uscita di tensione regolata fino a 5.
  • Corrente di uscita fino a 50 mA
  • Indicatore dell'intensità del segnale ricevuto
  • Ampia gamma di funzionamento RF
  • Funzionamento fino a -12 dBm in ingresso
  • Ripristinabile esternamente per controllo a microprocessore
  • Intervallo di temperatura industriale
  • A norma RoHS

• Powercast P1110B: Simile al P2110B, Powercast P1110B ha le seguenti caratteristiche e applicazioni.

• Caratteristiche:
  • Alta efficienza di conversione,> 70%
  • Basso consumo energetico
  • Uscita di tensione configurabile per supportare la ricarica di batterie agli ioni di litio e alcaline
  • Funzionamento da 0 V per supportare la carica dei condensatori
  • Indicatore dell'intensità del segnale ricevuto
  • Ampia gamma di funzionamento
  • Funzionamento fino a -5 dBm di potenza in ingresso
  • Intervallo di temperatura industriale
  • A norma RoHS

• Applicazioni:
  • Sensori wireless
    • Monitoraggio industriale
    • Rete intelligente
    • Monitoraggio strutturale della salute
    • Difesa
    • Automazione degli edifici
    • agricoltura
    • Gasolio
    • Servizi basati sulla posizione
  • Trigger wireless
  • Elettronica a bassa potenza.

Questi sono i due dispositivi di energy harvesting basati su RF disponibili sul mercato e sono sviluppati dalla società Powercast.

Uso della raccolta di energia RF nelle applicazioni IOT

Con la crescente popolarità dell'Internet of Things (IoT) nell'automazione dei dispositivi elettronici, vengono sviluppate applicazioni IoT per case e industrie, che potrebbero potenzialmente rimanere alimentate per anni in attesa di un trigger. Con la capacità di raccolta di energia, tali dispositivi possono letteralmente estrarre energia dall'aria per ricaricare le proprie batterie o raccogliere abbastanza energia dall'ambiente in modo che una batteria non richieda nemmeno alcuna fonte di alimentazione esterna per caricarsi. Tali sensori autoalimentati sono ora generalmente indicati come " potenza zero"sensori wireless per la loro capacità di fornire i dati dei sensori direttamente su un cloud IoT, utilizzando un gateway wireless senza un'apparente fonte di energia. Raccogliendo energia dalle fonti di energia RF disponibili, è possibile sviluppare una nuova generazione di dispositivi wireless a bassissima potenza (ULP), come i sensori IoT, per applicazioni a bassa manutenzione come il monitoraggio remoto.

La raccolta di energia è considerata molto simile a una tecnologia "compagna" per le comunicazioni wireless poiché può consentire una maggiore durata della batteria per i dispositivi mobili e possibilmente il funzionamento senza batteria per alcuni dispositivi elettronici.