Энергия из радиоволн: «Можно ли получить энергию из радиоволн (хотя бы вольт 5)? Если есть схема, то буду благодарна, если поделитесь.» — Яндекс Кью

Содержание

«Можно ли получить энергию из радиоволн (хотя бы вольт 5)? Если есть схема, то буду благодарна, если поделитесь.» — Яндекс Кью

Получение электроэнергии от радиоволн — миф или реальность?

Электронные устройства постепенно внедряются в повседневную жизнь, и, конечно, им всем требуется энергия в той или иной форме для работы. К счастью, энергия окружает нас во многих формах. Энергия может быть преобразована из ветра, света, движущихся объектов, даже используя оставшуюся энергию высокочастотных радиопередач. Поскольку мир становится все более электронным по своей природе, становится все более целесообразным повторно использовать энергию, когда она доступна, например, в радиочастотных / микроволновых сигналах, для установления более эффективного общего использования энергии.

Сбор энергии, вероятно, наиболее известен в приложениях, которые используют солнечный свет в качестве источника энергии. Специально для устройств, которые требуют лишь небольшого количества энергии для работы, солнечный свет может быть преобразован в достаточное для работы постоянное напряжения с помощью относительно небольших солнечных батарей.

В малонаселенных районах часто можно увидеть, что крыши некоторых домов покрыты солнечными батареями, мощности которых вполне хватает, чтобы обеспечить дом электроэнергией, в некоторых случаях и продавать ее энергокомпаниям. Точно так же в областях, где открытые равнины обеспечивают воздействие относительно сильных ветров, например на Среднем Западе Соединенных Штатов, нет ничего необычного в том, чтобы увидеть ветряные турбины, которые могут превращать ветер в «почти бесплатные» источники электрической энергии.

На сегодняшний день солнечный свет, скорее всего, является наиболее популярным источником альтернативной энергии, который можно преобразовать в постоянное напряжение. Компании, такие как Analog Devices, Silicon Laboratories и Texas Instruments, предлагают обширные линейки беспроводных приемопередатчиков, генераторов и других высокочастотных компонентов для солнечных батарей. Кроме того, EnOcean разработала серию переключателей с автономным питанием, которые питаются от солнечных источников, а также многих микросхем, которые используют беспроводную связь на частотах ISM для выполнения управляющих функций в солнечной энергетике. Самым последним «поступлением» является датчик присутствия солнечной энергии для систем управления освещением Bluetooth, использующий Bluetooth Low Energy (BLE) для упрощения автоматизации зданий.

Не столь широко распространенным, но быстро растущим по популярности, является процесс сбора энергии от радиочастотных / сверхширокополосных сигналов, таких как радио- / телевизионные радиостанции и беспроводное оборудование. Сбор энергии таким способом позволяет заменить батареи в приложениях с низким энергопотреблением, таких как датчики систем интернет вещей (IoT) и метки радиочастотной идентификации (RFID). Повторное использование энергии может сократить эксплуатационные расходы и повысить эффективность существующих электронных систем и устройств.

Сбор энергии от радиочастотных / сверхширокополосных сигналов является четким процессом. Это может быть выполнено с помощью интегральных схем (ИС), содержащих основные компоненты, такие как радиоприемники и повышающие преобразователи, которые преобразуют энергию РЧ-сигнала от антенны в переменное или постоянное напряжение, а затем передают энергию на устройство хранения энергии, такое как аккумуляторная батарея или конденсатор.

Простые конструкции антенны Vivaldi продемонстрировали отличные возможности в обеспечении сверхширокополосного (UWB) частотного покрытия (например, от 100 МГц до 6 ГГц) для поддержки многих радиочастотных ИС, собирающих энергию.

Коммерческие радиочастотные приемники энергии, такие как P210B Powerharvester от Powercast Corp., обеспечивают возможность преобразования РЧ-сигналов в постоянное напряжение. Это приемник, предназначенный для использования в нижней части промышленной, научной и медицинской (ISM) полосы (от 902 до 928 МГц).

С помощью антенны P2110B может обрабатывать входные радиочастотные уровни от -12 до +10 дБм, преобразовывать их в напряжение постоянного тока и сохранять энергию в конденсаторе для использования по мере необходимости. Низкая чувствительность позволяет эффективно собирать энергию даже на значительных расстояниях от источника радиочастот. Компактное устройство является примером доступной в настоящее время технологии сбора энергии радиочастот, которая позволяет управлять питанием небольших электронных устройств без батареи.

P2110B использует свой внутренний конденсатор как часть собственного контролируемого процесса преобразования энергии. Регулируемые уровни напряжения от сборщика энергии могут быть установлены от +2,0 В до +5,5 В постоянного тока при максимальном токе 50 мА. Выходное напряжение микросхемы отдает запасенную энергию, когда на конденсаторе достигнут высокий порог заряда. Когда энергия, запасенная в конденсаторе, падает до порога низкого напряжения, выходное напряжение от P2110B отключается. Как предполагает производитель, микропроцессор может использоваться со сборщиком энергии для оптимизации энергопотребления и повышения производительности подключенных электронных устройств, таких как датчики.

Учитывая ожидаемый быстрый рост беспроводных датчиков IoT и потребность в удаленных беспроводных датчиках в сотовых сетях 5G, сбор энергии, несомненно, будет принимать различные формы, в том числе от фотоэлектрических и термоэлектрических источников. Одним из таких примеров является ИС для сбора энергии из фотоэлектрических источников. AEM10940 от e-peas semiconductors, разработанная для использования с солнечными батареями, может подавать два независимых регулируемых напряжения, чтобы продлить срок службы батареи или даже устранить потребность в батарее в электронной системе управления стабилизацией точки максимальной мощности.

Совсем недавно эта же фирма разработала пару полупроводниковых устройств, модели AEM30940 и AEM40940, для извлечения энергии из радиочастотных источников. Оба оснащены встроенными повышающими преобразователями, которые заряжают батареи и конденсаторы и предназначены для извлечения энергии из сигналов ISM-диапазона с низким энергопотреблением. AEM30940 может работать с низкими уровнями входного радиосигнала: –18,2 дБм с 863 до 868 МГц и с 915 до 921 МГц, –14 дБм с 2110 до 2170 МГц и –9,5 дБм с 2,4 до 2,5 ГГц. Устройство поверхностного монтажа, имеет конфигурационные контакты для упрощения реализации различных режимов работы, а также корпусные контакты низкого и высокого напряжения для подачи полного диапазона напряжений от 50 мВ до 5 В.

AEM40940 извлекает мощность переменного тока из источников радиочастотного сигнала, создавая два независимо регулируемых выходных напряжения. Он включает в себя выпрямитель с низким энергопотреблением и повышающий преобразователь в пластиковом четырехплоскостном корпусе размером всего 5 × 5 мм. Он может использоваться на частотах ISM 868 МГц, 915 МГц и 2,45 ГГц и при уровнях входной мощности от -20 до +10 дБм. Радиочастотный сборщик энергии (или харвестер) обладает относительно высокой общей эффективностью (измеряемой от входного порта до выходного сигнала повышающего преобразователя) — обычно выше 20% для уровней входной мощности от -20 до 0 дБм на частотах 868 и 915 МГц и, как правило, выше 10% для входа на уровне мощности от -10 до +5 дБм при 2,45 ГГц.

Устройства сбора энергии в настоящее время доступны для многих различных источников энергии, включая солнечный свет, ветер, движение, температуру, даже для захвата электромагнитных волн от тепла тела пользователя. Возможности варьируются для каждого подхода к сбору, при этом солнечная энергия остается самой популярной и эффективной формой сбора энергии уже в окружающей среде. Но с распространением в мире устройств беспроводной связи и увеличением энергии радиочастотного / сверхширокополосного сигнала в большинстве населенных пунктов расширяются возможности использования технологии сбора энергии РЧ в качестве питания электронных устройств с низким энергопотреблением, таких как миллиарды датчиков IoT. Ожидается, что волна сборщиков энергии радиочастот покроет планету в ближайшие годы.

Исследователи собирают энергию радиоволн для питания носимых устройств — ScienceDaily

От микроволновых печей до соединений Wi-Fi, радиоволны, которые пронизывают окружающую среду, являются не только сигналами потребляемой энергии, но и самими источниками энергии. Международная группа исследователей во главе с Хуанью «Ларри» Ченгом, профессором развития карьеры Дороти Куиггл Департамента инженерных наук и механики штата Пенсильвания, разработала способ сбора энергии из радиоволн для питания носимых устройств.

Исследователи недавно опубликовали свой метод в Materials Today Physics.

По словам Ченга, современные источники энергии для носимых устройств для мониторинга здоровья имеют свое место в питании сенсорных устройств, но у каждого есть свои недостатки. Солнечная энергия, например, может собирать энергию только при воздействии солнца. Трибоэлектрическое устройство с автономным питанием может собирать энергию только тогда, когда тело находится в движении.

«Мы не хотим заменять какие-либо из этих нынешних источников энергии», — сказал Ченг. «Мы пытаемся обеспечить дополнительную постоянную энергию».

Исследователи разработали растяжимую широкополосную дипольную антенную систему, способную по беспроводной связи передавать данные, собранные с датчиков мониторинга состояния здоровья. Система состоит из двух растяжимых металлических антенн, встроенных в проводящий графеновый материал с металлическим покрытием. Широкополосная конструкция системы позволяет ей сохранять свои частотные функции даже при растяжении, изгибе и скручивании. Затем эта система подключается к растяжимой выпрямительной цепи, создавая выпрямленную антенну или «ректенну», способную преобразовывать энергию электромагнитных волн в электричество. Это электричество, которое можно использовать для питания беспроводных устройств или для зарядки накопителей энергии, таких как аккумуляторы и суперконденсаторы.

Эта ректенна может преобразовывать радио или электромагнитные волны из окружающей среды в энергию для питания сенсорных модулей устройства, которые отслеживают температуру, гидратацию и пульсовый уровень кислорода. По сравнению с другими источниками производится меньше энергии, но система может генерировать энергию непрерывно, что, по словам Ченга, является значительным преимуществом.

«Мы используем энергию, которая уже окружает нас — радиоволны всегда и везде», — сказал Ченг. «Если мы не используем эту энергию, находящуюся в окружающей среде, она просто тратится впустую. Мы можем собрать эту энергию и преобразовать ее в энергию».

Ченг сказал, что эта технология является строительным блоком для него и его команды. Объединение его с их новым устройством беспроводной передачи данных обеспечит важнейший компонент, который будет работать с существующими сенсорными модулями команды.

«Нашими следующими шагами будут изучение миниатюрных версий этих схем и работа над расширением возможностей выпрямителя», — сказал Ченг. «Это платформа, на которой мы можем легко комбинировать и применять эту технологию с другими модулями, которые мы создали в прошлом. Она легко расширяется или адаптируется для других приложений, и мы планируем изучить эти возможности».

Rectennas: преобразование радиоволн в электричество — Электротехника и вычислительная техника — Инженерный колледж

28 мая 2019 г.

Роуз Эйленберг

Нас постоянно окружает энергия в виде электромагнитных волн. Было бы неплохо, если бы мы могли этим воспользоваться? В недавно опубликованной статье в журнале Nature будущий преподаватель Университета Карнеги-Меллона доктор Сюй Чжан и соавторы описывают новое устройство, которое может заряжать электронику с помощью энергии радиочастотных волн, включая сигналы Wi-Fi. .

Беспроводная передача энергии, задуманная Николой Теслой, стала возможной в 1960-х годах с изобретением ректенны. Сочетание слов «выпрямление» и «антенна», ректенны — это приемные антенны, которые преобразуют энергию электромагнитных волн в электричество. Одним из известных примеров являются пассивные RFID-карты: когда они находятся в пределах досягаемости, метки могут использовать энергию радиоволн, излучаемых считывателем, для передачи своих идентифицирующих данных.

Сигналы Wi-Fi также состоят из радиоволн. Приемные антенны могут без проводов собирать электромагнитное излучение в сетях Wi-Fi (2,4 ГГц и 5,9 ГГц).ГГц), глобального спутникового позиционирования (1,58 ГГц и 1,22 ГГц), диапазонов сотовой связи четвертого поколения (4G) (1,7 ГГц и 1,9 ГГц) и Bluetooth (2,4 ГГц) и преобразования энергии этих электромагнитных волн в переменный ток ( АС). Затем электричество переменного тока направляется в выпрямитель, который преобразует его в электричество постоянного тока (DC).

Раньше для устройств, способных эффективно собирать радиочастотную энергию, требовались жесткие материалы. Устройство, над которым работают эти исследователи, является новым, поскольку оно имеет гибкую двумерную ректенну, превосходящую все предыдущие гибкие ректенны.

Они делают это с помощью выпрямителя, изготовленного из слоя дисульфида молибдена (MoS2) толщиной всего 3 атома. При такой толщине MoS2 ведет себя иначе, чем объемный материал — атомы перестраиваются под воздействием определенных химических веществ. Это означает, что материал может вести себя как переключатель, переходя от полупроводниковой структуры к металлической. MoS2 создает так называемый диод Шоттки, соединение полупроводника и металла. Диод, описанный в их статье, может преобразовывать сигналы на более высоких частотах, потому что его структура снижает дополнительную энергию, хранящуюся в некоторых материалах, используемых в электронике, известную как паразитная емкость. Дизайн исследователей уменьшает паразитную емкость на порядок по сравнению с современными гибкими выпрямителями, что означает, что они могут улавливать ранее неуловимые высокочастотные радиоволны диапазона Wi-Fi.

«Такая конструкция позволила создать полностью гибкое устройство, достаточно быстрое, чтобы охватить большинство диапазонов радиочастот, используемых нашей повседневной электроникой, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую связь LTE и многие другие», — говорит первый автор Сюй Чжан. . Доктор Чжан, который в настоящее время является научным сотрудником Массачусетского технологического института, присоединится к нам в Карнеги-Меллон в качестве доцента кафедры электротехники и вычислительной техники в сентябре. В документе перечислены 15 других соавторов из Массачусетского технологического института, Мадридского технического университета, Армейской исследовательской лаборатории, Мадридского университета Карла III, Бостонского университета и Университета Южной Калифорнии.

Авторы описывают свою конструкцию как строительный блок: что-то, что можно интегрировать и обеспечить питанием для быстро развивающегося мира гибких электронных систем. Листы MoS2 для выпрямителей можно производить недорого, что позволяет исследователям увидеть приложение «умной кожи»: распределенную сеть датчиков, покрывающих и предоставляющих информацию о наших зданиях и инфраструктуре.

Еще одно потенциальное применение этой технологии — медицинские устройства. Соавтор Хесус Грахаль из Технического университета Мадрида говорит, что они могли бы позволить имплантируемым медицинским устройствам передавать данные о здоровье пациентов, поскольку нас постоянно окружают радиоволны в виде сигналов Wi-Fi, Bluetooth и сотовой связи.

«Можно ли получить энергию из радиоволн (хотя бы вольт 5)? Если есть схема, то буду благодарна, если поделитесь.» — Яндекс Кью

Получение электроэнергии от радиоволн — миф или реальность?

Исследователи собирают энергию радиоволн для питания носимых устройств — ScienceDaily

Rectennas: преобразование радиоволн в электричество — Электротехника и вычислительная техника — Инженерный колледж

Добавить комментарий Отменить ответ