цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Сбор и накопление энергии посредством радиосигналов – преобразование радиоволн в электричество

Сбор и накопление энергии посредством радиосигналов – преобразование радиоволн в электричество

Автор: Mike(admin) от 18-09-2019, 11:55

Накопление энергии от радиоволн


В мире работает много беспроводных устройств, которые делают жизнь людей легкой и комфортной во многих отношениях, но все эти беспроводные устройства необходимо заряжать снова и снова, чтобы использовать их. Но что, если, мы можем использовать ту же радиочастоту, которая передает данные, для зарядки устройств. Эта технология позволит сократить или исключить использование батарей для питания цепи внутри устройства. Идея состоит в том, чтобы собирать и накапливать энергию от радиочастот, используя антенны, а не генерировать энергию из движения или солнечной энергии.


Сбор и накопление энергии посредством радиосигналов – преобразование радиоволн в электричество

Как работает сбор и накопление энергии от радиосигналов


Есть много доступных источников радиоволн, но прежде всего важно понять, как преобразовать их в энергию или электричество? Процесс довольно прост, он похож на обычный процесс приема антенной сигнала. Итак, давайте поймем процесс конвертации, используя простую диаграмму.


Сбор и накопление энергии посредством радиосигналов – преобразование радиоволн в электричество

Источник (может быть любым устройством или электронной схемой) передает РЧ-сигналы (ВЧ-сигналы), а схема приложения, которая имеет встроенную схему для преобразования энергии, принимает РЧ-сигнал, который затем вызывает разность потенциалов по длине антенны и создает движение носителей заряда через антенну. Носители заряда перемещаются в схему преобразования ВЧ в постоянный ток, то есть заряд теперь преобразуется в постоянный ток с использованием схемы, которая временно сохраняется в конденсаторе. Затем, используя схему преобразования мощности, энергия усиливается или преобразуется в потенциальное значение, требуемое нагрузкой.


Есть много источников, которые передают радиосигналы, такие как спутниковые станции, радиостанции, беспроводной интернет. Любое приложение, к которому подключена схема сбора РЧ-энергии, получит сигнал и преобразует его в электричество.


Процесс преобразования начинается, когда приемная антенна принимает сигнал и вызывает разность потенциалов по всей длине антенны, что дополнительно приводит к перемещению носителей заряда антенны. Эти носители заряда от антенны перемещаются в схему согласования импедансов, соединенную через провода. Цепь согласования импедансов обеспечивает максимальную передачу мощности от антенны (источника РЧ-сигналов) к выпрямителю / умножителю напряжения (нагрузка). Полное сопротивление в радиочастотной цепи так же важно, как и сопротивление в цепи постоянного тока, для оптимальной передачи энергии между источником и нагрузкой.


РЧ-сигнал, принятый на антенне, имеет синусоидальную форму волны, то есть является сигналом переменного тока и должен быть преобразован в сигнал постоянного тока. После прохождения через цепь согласования импедансов схема выпрямителя или умножителя напряжения выпрямляет и усиливает сигнал в соответствии с потребностями приложения. Схема выпрямителя не является полуволновым, двухполупериодным или мостовым выпрямителем, а является схемой умножителя напряжения (специального выпрямителя), которая выпрямляет сигнал, а также повышает выпрямленный сигнал в соответствии с требованиями приложения.


Электричество, преобразованное из переменного тока в постоянный с использованием умножителя напряжения, перемещается в схему управления питанием, которая использует конденсатор или батарею для хранения электричества и подает его на нагрузку (приложение), когда это необходимо.


Практические применения сбора радиоэнергии


Некоторые из применений сбора радиоэнергии, использующих описанную выше систему, перечислены далее.


  • Карты RFID: технология RFID (радиочастотная идентификация) использует концепцию сбора энергии, которая заряжает свой «тег», получая ВЧ-сигнал от самого считывателя RFID. Приложение можно увидеть в торговых центрах, метро, на вокзалах, в промышленности, колледжах и во многих других местах.
  • Исследование или оценка: компания Powercast выпустила оценочные платы – P2110B и P1110B, которые могут использоваться для исследовательских целей или для оценки некоторых новых приложений с учетом требуемой и получаемой мощности и изменений, которые должны быть сделаны после оценки.

Powercast P2110B

Powercast P1110B

Помимо этих практических применений, существует множество областей, в которых технология сбора энергии может быть использована, например, в области промышленного мониторинга, сельского хозяйства и т. д.


Ограничения сбора радиоэнергии


С хорошими перспективами и рядом преимуществ также есть некоторые недостатки, и эти недостатки вызваны существующим ограничением в ряде моментов.


  • Зависимость: Единственная зависимость системы сбора энергии РЧ – это качество принимаемых РЧ сигналов. Значение сигнала может быть уменьшено из-за атмосферных изменений или физических препятствий, и это может помешать передаче сигнала, что приводит к снижению мощности в качестве выходного сигнала.
  • КПД: схема состоит из электронных компонентов, которые со временем теряют свою функциональность и дают плохие результаты, если не изменились соответствующим образом. В результате это повлияет на эффективность системы (КПД) в целом и приведет к неправильной работе.
  • Сложность: приемник для системы необходимо проектировать на основе ее приложений и схемы накопления энергии, что делает его более сложным для построения.
  • Частота: любая схема или устройство, предназначенное для приема радиочастотного сигнала для сбора энергии, может быть рассчитано на работу только в одной полосе частот, а не в нескольких. Таким образом, оно ограничено только конкретным полосным спектром.
  • Время зарядки: максимальная выходная мощность от преобразования в милливаттах или микроваттах. Таким образом, требуемая мощность приложения потребует много времени для зарядки.

Помимо этих ограничений, сбор энергии с использованием радиочастот имеет много преимуществ, в результате чего он находит применение в промышленности автоматизации, сельском хозяйстве, Интернете вещей, здравоохранении и т. д.


Использование систем сбора радиоэнергии в экосистеме Интернета вещей


С ростом популярности Интернета вещей (IoT) в области автоматизации электронных устройств разрабатываются приложения IoT для дома и промышленности, которые потенциально могут оставаться включенными в течение многих лет в ожидании полноценного запуска. Благодаря возможности сбора энергии, такие устройства могут буквально извлекать энергию из воздуха, чтобы заряжать свои собственные батареи или собирать достаточно энергии из окружающей среды, так что батарее может даже не потребоваться какой-либо внешний источник питания для зарядки. Такие датчики с автономным питанием в настоящее время обычно называют беспроводными датчиками с нулевым энергопотреблением, поскольку они предоставляют данные датчиков непосредственно в облаке IoT, используя беспроводной шлюз без видимого источника энергии. Собирая энергию из доступных источников РЧ-энергии, новое поколение беспроводных устройств со сверхнизким энергопотреблением может быть разработано для приложений, требующих минимального обслуживания, таких как системы удаленного мониторинга.




© digitrode.ru



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий