RF 에너지 수확

사람들의 삶을 여러면에서 쉽고 편안하게 만들어주는 무선 장치가 전 세계적으로 많이 작동하고 있지만, 이러한 무선 장치는 모두 사용하기 위해 반복해서 충전해야합니다. 그러나 데이터를 전송하는 동일한 무선 주파수를 사용하여 장치를 충전 할 수 있다면 어떨까요? 이 기술은 장치 내부의 회로에 전원을 공급하기위한 배터리 사용을 줄이거 나 생략합니다. 아이디어는 운동이나 태양 에너지에서 에너지를 생성하는 대신 안테나를 사용하여 무선 주파수에서 에너지 를 수확 하는 것입니다. 이 기사에서는 RF 에너지 수확 에 대해 자세히 설명합니다.

RF 에너지 하베스 팅은 어떻게 작동합니까?

많은 RF 소스를 사용할 수 있지만 먼저 이해해야 할 중요한 것은 RF를 에너지 또는 전기로 변환하는 방법입니다. 이 과정은 매우 간단합니다. 안테나가 신호를 수신하는 일반적인 과정과 같습니다. 이제 간단한 다이어그램을 사용하여 변환 과정을 이해합시다.

소스 (모든 장치 또는 전자 회로가 될 수 있음)는 RF 신호를 전송하고 에너지 변환 용 회로가 내장 된 애플리케이션 회로는 RF를 수신합니다. 그러면 안테나 길이에 걸쳐 전위차가 발생하고 안테나를 통해 전하 캐리어. 전하 캐리어는 RF-DC 변환 회로 로 이동합니다. 즉, 이제 전하가 커패시터에 임시로 저장된 회로를 사용하여 DC 전류로 변환됩니다. 그런 다음 전원 컨디셔닝 회로 를 사용하여 에너지가 증폭되거나 부하가 원하는대로 전위 값으로 변환됩니다.

위성 방송국, 라디오 방송국, 무선 인터넷과 같은 RF 신호를 전송하는 많은 소스가 있습니다. RF 에너지 수확 회로가 부착 된 모든 애플리케이션은 신호를 수신하여 전기로 변환합니다.

변환 프로세스는 수신 안테나 가 신호를 수신하고 안테나 길이에 걸쳐 전위차를 일으켜 안테나의 전하 캐리어를 더 이동시킬 때 시작됩니다. 안테나의 이러한 전하 캐리어는 전선을 통해 연결된 임피던스 매칭 회로로 이동합니다. 임피던스 매칭 네트워크 (IMN)을 행 안테나 (RF 소스)으로부터의 동력 전달해야한다 정류기 / 전압 배율기 (부하)의 최대이다. RF 회로의 임피던스는 소스와 부하 사이의 최적 전력 전송을 위해 DC 회로의 저항만큼 중요합니다.

안테나에서 수신 된 RF 신호는 정현파, 즉 AC 신호이며 DC 신호로 변환되어야합니다. IMN을 통과 한 후 정류기 또는 전압 배율기 회로는 애플리케이션 요구에 따라 신호를 정류하고 증폭합니다. 정류기 회로는 반파, 전파 또는 브리지 정류기가 아니라 신호를 정류하고 애플리케이션 요구 사항에 따라 정류 된 신호를 증폭시키는 전압 곱셈기 (특수 정류기) 회로입니다.

전압 배율기를 사용하여 AC에서 DC로 변환 된 전기는 커패시터 또는 배터리 를 사용하여 전기를 저장하고 필요할 때마다 부하 (애플리케이션)에 공급 하는 전력 관리 회로로 이동 합니다.

무엇입니까

앞서 언급했듯이 RF 신호를 사용하는 장치가 많기 때문에 에너지를 수집하기 위해 RF 신호를 수신하는 소스가 많을 것입니다.

에너지 원으로 사용할 수있는 RF 소스 는 다음과 같습니다.

• 라디오 방송국: 오래되었지만 가치가있는 라디오 방송국은 에너지 원으로 사용할 수있는 RF 신호를 정기적으로 방출합니다.
• TV 방송국: 이것도 24/7 신호를 보내는 오래되었지만 가치있는 소스이며 좋은 에너지 원으로 간주됩니다.
• 휴대 전화 및 기지국: 수십억 대의 휴대 전화와 기지국은 결과적으로 좋은 에너지 원인 RF 신호를 방출합니다.
• 무선 네트워크: 모든 곳에 존재하는 많은 Wi-Fi 라우터와 무선 장치가 있으며 RF에서 에너지를 수확하는 좋은 소스로 간주되어야합니다.

이들은 에너지 수확, 즉 전기 에너지 생성에 사용할 수있는 RF의 주요 소스 인 전 세계에 존재하는 주요 장치입니다.

무선 에너지 수확의 실제 응용

RF 시스템을 사용 하는 Energy Harvester 의 일부 응용 프로그램 은 다음과 같습니다.

• RFID 카드: RFID (Radio Frequency Identification) 기술은 RFID 리더 자체에서 RF 신호를 수신하여 'Tag'를 충전하는 Energy Harvesting 개념을 사용합니다. 이 응용 프로그램은 쇼핑몰, 지하철, 기차역, 산업, 대학 및 기타 여러 곳에서 볼 수 있습니다.
• 연구 또는 평가: Company Powercast는 연구 목적 또는 일부 새로운 응용 프로그램의 평가에 사용할 수있는 평가 보드 "P2110 평가 보드"를 출시했습니다.이 보드는 평가 후 필요한 전력과 변경 사항을 고려하여 적용됩니다.

이러한 실용적인 응용 외에도 산업 모니터링, 농업 산업 등과 같이 에너지 수확 기술을 사용할 수있는 많은 분야가 있습니다.

RF 에너지 수확의 한계

좋은 응용 프로그램과 많은 장점으로 인해 몇 가지 단점도 있으며 이러한 단점은 기존 제한으로 인해 발생합니다.

따라서 RF 에너지 수확 시스템의 한계는 다음과 같습니다.

• 종속성: RF 에너지 수확 시스템의 유일한 종속성은 수신 된 RF 신호 품질입니다. RF 값은 대기의 변화 나 물리적 장애물로 인해 감소 할 수 있으며 RF 신호의 전송에 저항 할 수있어 출력으로 저전력이 발생할 수 있습니다.
• 효율성: 회로는 시간이 지남에 따라 기능을 잃고 그에 따라 변경하지 않으면 결과가 좋지 않은 전자 부품으로 구성되어 있기 때문입니다. 결과적으로 이것은 전체 시스템 효율성에 영향을 미치고 부적절한 결과를 제공합니다.
• 복잡성: 시스템 용 수신기는 애플리케이션과 전력 저장 회로를 기반으로 설계되어야하므로 구축이 더 복잡해집니다.
• 주파수: 에너지를 수확하기 위해 RF 신호를 수신하도록 설계된 모든 회로 또는 장치는 다중이 아닌 하나의 주파수 대역 만 작동하도록 설계 할 수 있습니다. 따라서 해당 대역 스펙트럼으로 만 제한됩니다.
• 충전 시간: 변환의 최대 전력 출력은 밀리 와트 또는 마이크로 와트입니다. 따라서 애플리케이션에 필요한 전력을 생산하는 데 오랜 시간이 걸립니다.

이러한 제한 외에도 RF (무선 주파수)를 사용한 에너지 수확은 자동화 산업, 농업, IOT, 의료 산업 등에 적용 할 수있는 많은 이점이 있습니다.

시장에서 사용 가능한 RF 에너지 수확 하드웨어

무선 주파수 에너지 수확 을 지원하는 시장에서 사용 가능한 하드웨어 는 다음과 같습니다.

• Powercast P2110B: Powercast는 평가 및 애플리케이션 기반 사용이 가능한 P2110B를 출시했습니다.

• 신청:
  • 배터리가 필요없는 무선 센서
    • 산업 모니터링
    • 스마트 그리드
    • 방어
    • 빌딩 자동화
    • 석유 가스
  • 배터리 충전
    • 코인 셀
    • 박막 셀
  • 저전력 전자

• 풍모:
  • 높은 변환 효율
  • 장거리 애플리케이션을 가능하게하는 로우 레벨 RF 신호 변환
  • 최대 5 개의 조정 된 전압 출력.
  • 최대 50mA 출력 전류
  • 수신 신호 강도 표시기
  • 넓은 RF 작동 범위
  • -12dBm 입력까지 작동
  • 마이크로 프로세서 제어를 위해 외부에서 재설정 가능
  • 산업 온도 범위
  • RoHS 준수

• Powercast P1110B: P2110B 와 마찬가지로 Powercast P1110B에는 다음과 같은 기능과 응용 프로그램이 있습니다.

• 풍모:
  • 높은 변환 효율,> 70 %
  • 저전력 소비
  • 리튬 이온 및 알카라인 배터리 충전을 지원하는 구성 가능한 전압 출력
  • 0V에서 작동하여 커패시터 충전 지원
  • 수신 신호 강도 표시기
  • 넓은 작동 범위
  • -5dBm 입력 전력까지 작동
  • 산업 온도 범위
  • RoHS 준수

• 신청:
  • 무선 센서
    • 산업 모니터링
    • 스마트 그리드
    • 구조적 상태 모니터링
    • 방어
    • 빌딩 자동화
    • 농업
    • 석유 가스
    • 위치 인식 서비스
  • 무선 트리거
  • 저전력 전자 장치.

이들은 시장에서 사용 가능한 두 가지 RF 기반 에너지 수확 장치이며 Powercast 회사에서 개발했습니다 .

IOT 애플리케이션에서 RF 에너지 하베스 팅 사용

전자 장치 자동화에서 사물 인터넷 (IoT)의 인기가 높아지면서 가정과 산업을위한 IoT 애플리케이션이 개발되고 있으며, 이는 잠재적으로 트리거를 기다리며 수년 동안 계속 전력을 공급받을 수 있습니다. 에너지 수확 기능을 통해 이러한 장치는 말 그대로 공기에서 에너지를 끌어 내 자체 배터리를 재충전하거나 환경에서 충분한 에너지를 수확하여 배터리를 충전하는 데 외부 전원이 필요하지 않을 수 있습니다. 이러한 자체 전원 공급 센서는 이제 일반적으로 " 제로 전원"이라고합니다.명백한 에너지 원이없는 무선 게이트웨이를 사용하여 IoT 클라우드에서 직접 센서 데이터를 제공 할 수있는 무선 센서. 사용 가능한 RF 에너지 소스에서 전력을 수집함으로써 IoT 센서와 같은 차세대 초 저전력 (ULP) 무선 장치를 원격 모니터링과 같이 유지 보수가 적은 애플리케이션을 위해 개발할 수 있습니다.

에너지 수확은 모바일 장치의 배터리 수명을 연장하고 일부 전자 장치의 경우 배터리없이 작동 할 수 있기 때문에 무선 통신의 "동반자"기술과 매우 유사합니다.