إذًا، ما هو حصاد طاقة الترددات الراديوية؟ سنتناول هذا الموضوع بإيجاز لاحقًا في المقالة؛ ومع ذلك، تكتسب تقنية حصاد الطاقة زخمًا كتقنية تمكينية تُوسّع نطاق استخدام إنترنت الأشياء وآفاقه، وتُثري حياة الناس، وتُحسّن المرونة الاجتماعية.
ما هو حصاد طاقة الترددات الراديوية؟
حصاد طاقة الترددات الراديوية (RFEH) هو طريقةٌ للحصول على الطاقة من المجال الكهرومغناطيسي (EM) وتحويلها إلى المجال الكهربائي (أي إلى جهدٍ وتيارات). بعد ذلك، دعونا نتعرف على نوع طاقة الترددات الراديوية، وهل هي طاقة متجددة؟
ما نوع طاقة الترددات الراديوية؟ هل طاقة الترددات الراديوية متجددة؟
يتكون الإشعاع الكهرومغناطيسي من موجات طاقة كهربائية ومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء عبر الفضاء. تُسمى جميع أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية المختلفة طيف الطاقة الكهرومغناطيسية. ومن أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية موجات الراديو والميكروويف التي تبثها الهوائيات. وتُسمى هذه الموجات بترددات الراديو أو طاقة الترددات الراديوية أو الإشعاع بشكل عام.
تنشأ موجات التردد اللاسلكي للهوائي من حركة الشحنات الكهربائية داخله. الطول الموجي والتردد هما العاملان اللذان يُستخدمان لوصف الموجات الكهرومغناطيسية. الطول الموجي هو المسافة التي تقطعها الموجة الكهرومغناطيسية في دورة كاملة، والتردد هو عدد الموجات الكهرومغناطيسية التي تمر عبر نقطة معينة في ثانية واحدة. في معظم الأحيان، يُقاس تردد إشارة التردد اللاسلكي بالهرتز (Hz). ويعادل الميغا هرتز (MHz) مليون مرة في الثانية.
يُعدّ استخدام إشارات الترددات الراديوية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية أفضل مصدر للطاقة المتجددة . وتستمد هذه الطاقة من الاهتزازات والضوء والحرارة. بعد ذلك، دعونا نتعرف على آلية عمل تقنية حصاد طاقة الترددات الراديوية.
كيف تعمل عملية حصاد طاقة الترددات الراديوية؟
حصاد طاقة الترددات الراديوية هو عملية سحب طاقة الترددات الراديوية إلى جهاز إلكتروني. ويختلف حصاد طاقة الترددات الراديوية عن الطرق الأخرى للحصول على الطاقة لأنه يستطيع استخلاص الطاقة من الهواء.
يمكن تجميع الترددات الراديوية من صفائح معدنية بوضع هوائي ثنائي القطب (ملف سلكي) على كل جانب. ينتج عن ذلك ملفان بشحنتين متعاكستين، يُنتجان بدورهما تيارًا. تُغني تقنية تجميع الترددات الراديوية عن الحاجة إلى المقابس والأسلاك والبطاريات إذا تم تنفيذها بشكل صحيح. كما أنها قد تُساعد في ضمان عدم نفاد طاقة الأجهزة الصغيرة.
اقرأ أيضاً: 5 طرق لحصاد الطاقة الشمسية
ما هو تصميم دائرة حصاد طاقة الترددات الراديوية؟
تتكون دائرة RF-EH النموذجية من هوائي، ووحدة تحويل طاقة، وشبكة مطابقة، وحمل. يتكون نظام الهوائي المُقوِّم من مُقوِّم، ومرشح إدخال ترددات لاسلكية، وهوائي، وشبكة مطابقة معاوقة. من المفترض أن يساعدك هذا في فهم تصميم دائرة حصاد طاقة الترددات اللاسلكية.
ما هو هوائي حصاد الطاقة RF؟
هوائي الرقعة، وهوائي الفتحة، وهوائي F المقلوب المعدل، وهوائي الرنان العازل، كلها هياكل هوائي أساسية يمكن استخدامها في حصاد طاقة التردد اللاسلكي.
1. هوائي التصحيح
تغطي هوائيات الرقعة منطقةً منحنية ، وعند تعليقها على الحائط، يمكنها تغطية مساحة تتراوح بين 30 و180 درجة. عادةً ما يكون هذا النوع من الهوائيات صغيرًا وخفيفًا بما يكفي لتعليقه على الحائط. ويُصنع عادةً من البلاستيك الأبيض أو الأسود حتى لا يكون ملفتًا للنظر. كما يحمي الغلاف البلاستيكي الهوائي من التلف ويسهل تركيبه.
انظر أيضًا : مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
2. هوائي الفتحة
الهوائي ذو الفتحة هو نوع من الهوائيات يتميز بفتحة مقطوعة في موصل معدني بحجم محدد. ويتم تزويده بالطاقة عبر خط نقل ثنائي الأسلاك أو كابل محوري. ويتراوح نطاق تردد هذه الهوائيات من 300 ميجاهرتز إلى 30 جيجاهرتز. يوفر الهوائي ذو الفتحة الأفقية إشارة مستقطبة رأسيًا، بينما تمر الإشارة المستقطبة أفقيًا عبر الهوائي ذي الفتحة الرأسية.
3. هوائي F مقلوب
هوائي F المقلوب هو نوع من الهوائيات يُستخدم في الاتصالات اللاسلكية ، وخاصةً في نطاقات الترددات العالية جدًا (UHF) والميكروويف. يتكون من هوائي واحد يمتد موازيًا لسطح أرضي، ومتصل بالأرض من أحد طرفيه. يستمد الهوائي طاقته من نقطة تقع بين طرفه الأرضي والطرف الآخر. يتميز هذا التصميم عن الهوائي أحادي القطب البسيط من ناحيتين: أولًا، الهوائي أقصر وأصغر حجمًا، مما يسمح بوضعه داخل هيكل جهاز محمول، وثانيًا، يمكن للمصمم مطابقة مقاومته مع دائرة التغذية، مما يُمكّنه من إشعاع الطاقة بكفاءة دون الحاجة إلى مكونات مطابقة إضافية. بهذا نكون قد فهمنا هوائيات حصاد طاقة الترددات الراديوية. والآن، دعونا نستكشف مكونات وحدة حصاد طاقة الترددات الراديوية.
اقرأ أيضاً: كل ما يتعلق بمزايا خلايا الوقود
ما هي مكونات وحدة حصاد الطاقة RF؟
يشير اختصار RF إلى الترددات الراديوية. لا يمكن لوحدة الإرسال والاستقبال الراديوية العمل إلا كجزء من زوج، أي أنها تحتاج إلى كل من جهاز إرسال وجهاز استقبال لإرسال واستقبال البيانات. وبما أن جهاز الإرسال يرسل المعلومات فقط، وجهاز الاستقبال يستقبلها فقط، فإن البيانات تنتقل من طرف إلى آخر فقط. لا يمكن نقلها من طرف إلى آخر. تحتوي وحدة الإرسال على ثلاثة أطراف: Vcc وDin والأرضي. بينما تحتوي وحدة الاستقبال على أربعة أطراف: Vcc وDout وLinear out والأرضي.
لا يلزم وجود وحدات ترميز وفك ترميز لتشغيل وحدات التردد اللاسلكي. اجعل دبوس DIN في جهاز الإرسال مرتفعًا، ودبوس Dout في جهاز الاستقبال مرتفعًا أيضًا. لكن لهذه الطريقة عيب كبير. ففي جهاز الإرسال، يمكنك استخدام زر واحد فقط، وفي جهاز الاستقبال، يمكنك استخدام مخرج واحد فقط.
انظر أيضاً: ما هي السندات الخضراء ولماذا كل هذه الضجة؟
ما هي تطبيقات حصاد طاقة الترددات الراديوية؟
يمكن اعتبار أي جهاز إرسال لاسلكي مصدرًا لجمع طاقة الترددات الراديوية. يتحدد نطاق التردد وقوة تشغيل جهاز الإرسال حسب التطبيق. تُعد محطات القاعدة المتنقلة، ومحطات البث الإذاعي، والبث التلفزيوني، والأقمار الصناعية، وأجهزة إرسال الشبكات المحلية اللاسلكية (واي فاي)، والأجهزة المحمولة أكثر مصادر الموجات الراديوية شيوعًا. تطبيقات جمع طاقة الترددات الراديوية هي:
- مصدر الطاقة بدون بطاريات.
- علامات RF للتسوق.
- تطبيقات للأضواء الذكية.
- يتم استخدام تقنية ZigBee لمفاتيح التشغيل الآلي للمنزل الذكية.
- تطبيقات إنترنت الأشياء.
- يعيد شحن الأجهزة
- تحتاج أجهزة الاستشعار الذكية إلى طريقة للحصول على الطاقة.
- سهلة الصنع وغير مكلفة.
- تنفيذ أسهل.
انظر أيضًا: 5 طرق لحصاد الطاقة الشمسية
ماذا يعني IC حصاد طاقة RF؟
تُعدّ دائرة تجميع طاقة الترددات اللاسلكية (RF Energy Harvesting IC ) وحدة إدارة طاقة محيطة (AEM) مدمجة، قادرة على استخلاص طاقة التيار المستمر (DC) من مولد كهربائي، أو مولد توربيني صغير ، أو أي مصدر آخر لترددات الراديو العالية، مع تخزين الطاقة في عنصر قابل لإعادة الشحن، وتزويد النظام بجهدين منظمين مستقلين . تهدف هذه الدائرة إلى زيادة عمر البطارية، والاستغناء في نهاية المطاف عن عنصر تخزين الطاقة الرئيسي في مجموعة واسعة من التطبيقات اللاسلكية، بما في ذلك المراقبة الصناعية، وأتمتة المنازل، والنقل، والزراعة الذكية.
بهدف تعظيم الاستفادة من الطاقة، توفر الدائرة المتكاملة (IC) واجهة فعّالة بين مصدر هوائي تصحيح ترددات الراديو (rectenna) منخفض الطاقة للغاية وبطارية صغيرة. لتحقيق تيار إمداد اسمي، تستخدم الدائرة المتكاملة لحصاد الطاقة دوائر كهربائية محدودة التيار، ومحرك بوابة غير متداخل، ومصدر تيار أقل من الحد الأقصى. بعد ذلك، يجب أن تكون مهتمًا بكيفية التقاط طاقة الترددات الراديوية.
كيف يمكنك التقاط طاقة الترددات الراديوية؟
يعود تاريخ استخلاص طاقة الترددات الراديوية من الفضاء الحر إلى أواخر خمسينيات القرن الماضي، عندما طُوّر نظام طائرة هليكوبتر يعمل بالطاقة الميكروية. لاحقًا، عُرّف استخلاص الطاقة، أو استهلاكها، بأنه استراتيجية لاستخلاص الطاقة من البيئة الخارجية باستخدام عمليات متنوعة، مثل التحويل الكهروحراري، والتحفيز الاهتزازي، وتحويل الطاقة الشمسية، وتدرجات الضغط. تُستخلص طاقة الترددات الراديوية أولًا بتجميع موجات الترددات الراديوية في المنطقة باستخدام هوائيات عالية الكفاءة والكسب، ثم تحويلها إلى جهد تيار مستمر باستخدام دوائر تقويم. تُعرف هوائيات التقويم أيضًا باسم أجهزة استخلاص طاقة الترددات الراديوية. يتكون نظام استخلاص طاقة الترددات الراديوية بشكل أساسي من الهوائي ودائرة التقويم، التي تحول طاقة الترددات الراديوية، أو التيار المتردد، إلى تيار مستمر.
اقرأ أيضاً: هل تجذب المصابيح الشمسية الحشرات؟
ما الذي يمنع طاقة الترددات الراديوية؟
هل لاحظتَ يومًا انقطاع إشارة الراديو في سيارتك أو هاتفك الجوال عند دخولك نفقًا أو موقف سيارات تحت الأرض؟ ما الذي يحجب طاقة الترددات اللاسلكية وما الذي يسمح لها بالمرور بسهولة؟ قد تحجب المواد، بحسب سمكها وطبيعتها، موجات الراديو أو تتداخل معها. فرقائق الألومنيوم، وغيرها من المعادن الموصلة للكهرباء كالنحاس، تعكس وتمتص موجات الراديو، مما يعيق انتقالها. ومن أفضل مواد الحماية من الترددات اللاسلكية: النيكل الفضي، والفولاذ، ومعدن مو، والفولاذ المطلي بالقصدير ، والأقمشة الموصلة، والمطاطات الموصلة.
