Τεχνολογία συγκομιδής ενέργειας RF

Υπάρχουν όλο και περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές στην καθημερινότητά μας και όλες απαιτούν κάποια μορφή τροφοδοσίας για να λειτουργήσουν σωστά. Ευτυχώς, υπάρχουν πολλές μορφές ενέργειας γύρω μας, που μπορούν να μετατρέψουν την αιολική ενέργεια, την φωτεινή ενέργεια, την κινητική ενέργεια των αντικειμένων σε ηλεκτρική ενέργεια, ακόμη και να συλλέξουν λίγη ενέργεια από τη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων υψηλής συχνότητας.

Λιγότερο συνηθισμένο αλλά κερδίζει γρήγορα δημοτικότητα είναι το σχήμα συλλογής ενέργειας από σήματα ραδιοσυχνοτήτων/μικροκυμάτων, τα οποία μπορούν να συλλεχθούν από ραδιοφωνικούς/τηλεοπτικούς σταθμούς εκπομπής και ασύρματες συσκευές. Αυτό το σχέδιο συλλογής ενέργειας μπορεί να αντικαταστήσει τις μπαταρίες σε εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης, όπως αισθητήρες Internet of Things (IoT) και ετικέτες αναγνώρισης ραδιοσυχνοτήτων (RFID). Η επαναχρησιμοποίηση ενέργειας μειώνει το λειτουργικό κόστος και αυξάνει την ενεργειακή απόδοση των υφιστάμενων ηλεκτρονικών συστημάτων και εξοπλισμού.

Η ραδιοσυχνότητα είναι μια πλούσια πηγή συλλογής ενέργειας και εκπέμπεται από δισεκατομμύρια ραδιοπομπούς σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων κινητών τηλεφώνων, σταθμών βάσης κινητών τηλεφώνων και σταθμών βάσης μετάδοσης σήματος τηλεόρασης/ραδιοφώνου. Ως εκ τούτου, έχει γίνει τάση η χρήση ενέργειας RF για την τροφοδοσία ορισμένων κυκλωμάτων χαμηλής ισχύος.

Η ιδέα της συλλογής ενέργειας από RF δεν είναι νέα και η διαδικασία είναι σχετικά απλή. Τα ραδιοκύματα φτάνουν στην κεραία και προκαλούν μια αλλαγή στη διαφορά δυναμικού σε όλο το μήκος της. Αυτή η διαφορά δυναμικού κάνει τους φορείς φόρτισης να κινούνται κατά μήκος της κεραίας σε μια προσπάθεια εξισορρόπησης του πεδίου και το ολοκληρωμένο κύκλωμα RF-DC είναι σε θέση να συλλαμβάνει ενέργεια από την κίνηση αυτών των φορέων φορτίου. Η ενέργεια αποθηκεύεται προσωρινά στον πυκνωτή και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη δημιουργία της απαιτούμενης διαφοράς δυναμικού στο φορτίο.

Το σήμα ενέργειας ραδιοσυχνοτήτων λαμβάνεται μέσω της κεραίας, επομένως η συχνότητα λειτουργίας της κεραίας πρέπει να είναι ίδια με τη συχνότητα του λαμβανόμενου σήματος. Αφού ληφθεί το σήμα RF μέσω της κεραίας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε μετατροπείς RF-DC όσο και σε εφαρμογές καθαρής ραδιοσυχνότητας. Ο μετατροπέας RF-DC μετατρέπει το σήμα RF σε σήμα DC, έτσι ώστε η λαμβανόμενη ενέργεια να μπορεί να αποθηκευτεί σε μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας. η συσκευή αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να παρέχει ενέργεια για μετατροπείς RF-DC, συσκευές RF και εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης.

Μπορεί να δημιουργηθεί ένα κύκλωμα για την εκτέλεση μετατροπής RF σε DC για το υποσύστημα με εξαρτήματα εκτός ραφιού. Χρησιμοποιώντας διάφορους συνδυασμούς κεραιών, πηνίων ασύρματης φόρτισης, PMIC (ICs διαχείρισης ισχύος), τσιπ δέκτη ισχύος, πομπούς διεγέρτη κ.λπ. μπορούν να δημιουργήσουν συστήματα ικανά να συλλέγουν ενέργεια από RF.

Το σήμα ενέργειας ραδιοσυχνοτήτων λαμβάνεται μέσω της κεραίας, επομένως η συχνότητα λειτουργίας της κεραίας πρέπει να είναι ίδια με τη συχνότητα του λαμβανόμενου σήματος. Αφού ληφθεί το σήμα RF μέσω της κεραίας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε μετατροπείς RF-DC όσο και σε εφαρμογές καθαρής ραδιοσυχνότητας. Ο μετατροπέας RF-DC μετατρέπει το σήμα RF σε σήμα DC, έτσι ώστε η λαμβανόμενη ενέργεια να μπορεί να αποθηκευτεί σε μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας. η συσκευή αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να παρέχει ενέργεια για μετατροπείς RF-DC, συσκευές RF και εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης.