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؟
الإشعاع الكهرومغناطيسي يتكون من موجات الطاقة الكهربائية والمغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء عبر الفضاء. تُسمى جميع أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية المختلفة طيف الطاقة الكهرومغناطيسية. أحد أنواع الطاقة الكهرومغناطيسية هو الموجات الراديوية والموجات الدقيقة التي ترسلها الهوائيات. تُسمى هذه الموجات طاقة التردد اللاسلكي أو طاقة الإشعاع ككل.
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.
أفضل طاقة متجددة مصدر الطاقة هو إشارات الترددات الراديوية المستخدمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية. تأتي الطاقة من الاهتزاز والضوء والحرارة. بعد ذلك، لنتعرف على آلية عمل حصاد طاقة الترددات الراديوية.
كيف تعمل عملية حصاد طاقة الترددات الراديوية؟
حصاد الترددات الراديوية هي عملية سحب طاقة التردد اللاسلكي إلى جهاز إلكتروني. يختلف حصاد الترددات الراديوية عن الطرق الأخرى للحصول على الطاقة لأنه يمكنه سحب 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 أيضا: 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
منطقة تغطية هوائي التصحيح هي منحنوعند تعليقه على الحائط، يغطي مساحة تتراوح بين 30 و180 درجة. عادةً ما يكون هذا النوع من الهوائيات صغيرًا وخفيفًا بما يكفي لتعليقه على الحائط. يُصنع عادةً من البلاستيك الأبيض أو الأسود لضمان عدم بروزه. كما أن الغلاف البلاستيكي يحمي القطع من التلف ويسهل تجميعها.
انظر أيضا: مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
2. هوائي الفتحة
هوائي الفتحة هو نوع من الهوائيات ذات قطع فتح في موصل معدني إلى حجم معين. يعمل هذا الهوائي بواسطة خط نقل ثنائي الأسلاك أو كابل محوري. يتراوح نطاق تردد هذه الهوائيات بين 300 ميجاهرتز و30 جيجاهرتز. يوفر هوائي الفتحة الأفقية إشارة مستقطبة رأسيًا، بينما تمر الإشارة المستقطبة أفقيًا عبر هوائي الفتحة الرأسية.
3. هوائي F مقلوب
هوائي F المقلوب هو نوع من الهوائيات يستخدم للاتصالات اللاسلكيةيعمل هذا الهوائي، غالبًا، على ترددات UHF والموجات الدقيقة. يتكون من هوائي واحد موازٍ لسطح الأرض ومتصل بالأرض من أحد طرفيه. يستمد الهوائي طاقته من نقطة تقع بين الطرف المؤرض والطرف الآخر. يتميز هذا التصميم بميزتين: فهو أقصر وأصغر حجمًا، مما يسمح بوضعه داخل هيكل الجهاز المحمول، كما يمكن للمصمم مطابقة معاوقته مع دائرة التغذية، مما يسمح له بإشعاع الطاقة بكفاءة دون الحاجة إلى قطع غيار إضافية. بهذا، تكون قد فهمت هوائيات حصاد طاقة الترددات الراديوية. والآن، لنستكشف مكونات وحدة حصاد طاقة الترددات الراديوية.
اقرأ أيضا: كل شيء عن مزايا خلايا الوقود
ما هي مكونات وحدة حصاد الطاقة RF؟
تردد الراديو هو ما يرمز إليه RF. تعمل وحدة الإرسال والاستقبال RF كجزء من زوج واحد فقط، مما يعني أنها تحتاج إلى جهاز إرسال واستقبال لإرسال واستقبال البيانات. بما أن جهاز الإرسال لا يمكنه سوى إرسال المعلومات، وجهاز الاستقبال لا يمكنه سوى استقبالها، فإن البيانات تنتقل من طرف إلى آخر فقط. تحتوي وحدة الإرسال على ثلاثة دبابيس: Vcc، Din، والأرض. هناك أربعة دبابيس على وحدة الاستقبال: Vcc، وDout، وLinear out، وGround.
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 أيضا: 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 أيضا: 5 طرق لحصاد الطاقة الشمسية
ماذا يعني IC حصاد طاقة RF؟
إن IC حصاد طاقة الترددات الراديوية عبارة عن وحدة مدمجة مدير الطاقة المحيطة (AEM) التي يمكنها استخراج طاقة التيار المستمر (DC) من المولد، توربين صغير مولد أو أي مدخل RF عالي التردد آخر مع تخزين الطاقة في عنصر قابل لإعادة الشحن وتزويد النظام بعنصرين منظمين مستقلين الفولتيةيهدف جهاز حصاد الترددات الراديوية إلى زيادة عمر البطارية والقضاء في نهاية المطاف على عنصر تخزين الطاقة الرئيسي في مجموعة واسعة من التطبيقات اللاسلكية، بما في ذلك المراقبة الصناعية، والأتمتة المنزلية، 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 جمع طاقة الترددات الراديوية في الفضاء الحر إلى أواخر خمسينيات القرن الماضي، عندما طُوِّر نظام مروحيات يعمل بالموجات الدقيقة. لاحقًا، عُرِّف حصاد الطاقة أو استهلاكها بأنه استراتيجية لجمع الطاقة من البيئة الخارجية باستخدام عمليات متنوعة، مثل التحويل الحراري الكهربائي، والتحفيز الاهتزازي، وتحويل الطاقة الشمسية، وتدرجات الضغط. تُلتقط طاقة الترددات الراديوية أولًا بواسطة جمع موجات التردد اللاسلكي في المنطقة باستخدام هوائيات عالية الكفاءة وعالية الكسب، ثم تحويلها إلى جهد مستمر باستخدام دوائر تقويم. هوائيات التقويم هي اسم آخر لحاصدي طاقة الترددات الراديوية (هوائيات التقويم). المكونات الرئيسية لنظام حصاد طاقة الترددات الراديوية هي الهوائي ودائرة التقويم، التي تحوّل طاقة الترددات الراديوية أو التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC).
اقرأ أيضا: هل تجذب الأضواء الشمسية الحشرات؟
ما الذي يمنع طاقة الترددات الراديوية؟
هل لاحظتَ يومًا أنه عند دخولك نفقًا أو موقف سيارات تحت الأرض، تفقد استقبال راديو سيارتك أو هاتفك المحمول؟ ما الذي يحجب طاقة الترددات الراديوية وما الذي يسمح لها بالانتقال بسهولة؟ حسب سُمك المادة وطبيعتها، قد تحجب أو تتداخل مع موجات الراديو. يمكن لرقائق الألومنيوم، وغيرها من المعادن الموصلة للكهرباء مثل النحاس، أن تعكس وتمتص موجات الراديو، مما يعيق انتقالها. من أفضل مواد حجب الترددات الراديوية: النيكل الفضي، الفولاذ، معدن متعدد، الفولاذ المطلي مسبقًا بالقصدير، الأقمشة الموصلة، والإيلاستومرات الموصلة.
