Was also ist RF Energy Harvesting? Dies wird im Folgenden kurz erläutert. Die Energy-Harvesting-Technologie gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung als Schlüsseltechnologie, die die Nutzung und die Aussichten für das IoT erweitert, das Leben bereichert und die soziale Resilienz verbessert.
Was ist RF Energy Harvesting?
Radiofrequenz-Energiegewinnung (RFEH) ist eine Methode, Energie aus elektromagnetischen Feldern zu gewinnen und in elektrische Spannungen und Ströme umzuwandeln. Sehen wir uns anschließend an, welche Art von Energie RF ist und ob RF-Energie erneuerbar ist.
Welche Art von Energie ist HF? Ist HF-Energie erneuerbar?
Elektromagnetische Strahlung besteht aus Wellen elektrischer und magnetischer Energie , die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum ausbreiten. Alle verschiedenen Arten elektromagnetischer Energie werden als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet. Eine Art elektromagnetischer Energie sind Radiowellen und Mikrowellen, die von Antennen ausgesendet werden. Sie werden als Hochfrequenzenergie (HF-Energie) oder Strahlung bezeichnet.
Die HF-Wellen der Antenne entstehen durch die Bewegung elektrischer Ladungen in der Antenne. Wellenlänge und Frequenz sind zwei Parameter, die zur Beschreibung elektromagnetischer Wellen verwendet werden können. Die Wellenlänge gibt an, wie weit sich eine elektromagnetische Welle in einem vollen Zyklus bewegt, und die Frequenz gibt an, wie viele elektromagnetische Wellen einen bestimmten Punkt pro Sekunde passieren. Die Frequenz eines HF-Signals wird üblicherweise in Hertz (Hz) angegeben. Ein Megahertz (MHz) entspricht einer Million Mal pro Sekunde.
Die beste erneuerbare Energiequelle wären die in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendeten Hochfrequenzsignale. Energie entsteht durch Vibration, Licht und Wärme. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Funktionsweise der Hochfrequenz-Energiegewinnung.
Wie funktioniert RF Energy Harvesting?
RF-Harvesting ist der Prozess, Hochfrequenzenergie in ein elektronisches Gerät einzuspeisen. RF-Harvesting unterscheidet sich von anderen Energiegewinnungsmethoden dadurch, dass es Energie aus der Luft gewinnen kann.
HF-Signale lassen sich von Metallplatten gewinnen, indem man auf beiden Seiten eine Dipolantenne (eine Drahtspule) anbringt. Dadurch entstehen zwei Spulen mit entgegengesetzter Ladung, die wiederum einen Strom erzeugen. Richtig eingesetzt, macht die HF-Erntetechnologie Stecker, Kabel und Batterien überflüssig. Außerdem könnte sie dazu beitragen, dass kleinen Geräten nie der Strom ausgeht.
Lesen Sie auch: 5 Methoden zur Solarenergiegewinnung
Was ist RF Energy Harvesting-Schaltungsdesign?
Eine typische HF-EH-Schaltung besteht aus einer Antenne, einem Energieumwandlungsmodul, einem Anpassungsnetzwerk und einer Last. Das Rectenna-System bestand aus einem Gleichrichter, einem HF-Eingangsfilter, einer Antenne und einem Impedanzanpassungsnetzwerk. Dies sollte Ihnen geholfen haben, den Aufbau einer HF-Energiegewinnungsschaltung zu verstehen.
Was ist eine RF Energy Harvesting-Antenne?
Die Patchantenne, die Schlitzantenne, die modifizierte invertierte F-Antenne und die dielektrische Resonatorantenne sind allesamt grundlegende Antennenstrukturen, die zur Gewinnung von HF-Energie verwendet werden können.
1. Patch-Antenne
Die Abstrahlfläche einer Patchantenne ist gekrümmt . An der Wand montiert, deckt sie einen Bereich von 30 bis 180 Grad ab. Diese Antennenart ist in der Regel klein und leicht genug für die Wandmontage. Sie besteht meist aus weißem oder schwarzem Kunststoff, um unauffällig zu sein. Das Kunststoffgehäuse schützt die Antenne vor Beschädigungen und erleichtert die Montage.
Siehe auch : Vorteile und Nachteile der Gezeitenenergie
2. Schlitzantenne
Eine Schlitzantenne ist eine Antenne mit einer Öffnung in einem Metallleiter bestimmter Größe. Sie wird über eine Zweidrahtleitung oder ein Koaxialkabel mit Strom versorgt. Der Frequenzbereich dieser Antennen liegt zwischen 300 MHz und 30 GHz. Eine horizontale Schlitzantenne sendet ein vertikal polarisiertes Signal, während eine vertikale Schlitzantenne ein horizontal polarisiertes Signal durchläuft.
3. Invertierte F-Antenne
Eine Inverted-F-Antenne ist eine Antennenart, die in der drahtlosen Kommunikation , vorwiegend im UHF- und Mikrowellenbereich, eingesetzt wird. Sie besteht aus einer einzelnen Antenne, die parallel zu einer Massefläche verläuft und an einem Ende geerdet ist. Die Antenne bezieht ihre Energie von einem Punkt zwischen dem geerdeten Ende und dem anderen Ende. Dieses Design bietet gegenüber einem einfachen Monopol zwei Vorteile: Die Antenne ist kürzer und kleiner und passt somit in das Gehäuse eines Mobilgeräts. Außerdem kann der Entwickler ihre Impedanz an den Speisekreis anpassen, sodass sie ohne zusätzliche Anpassungsbauteile effizient Energie abstrahlt. Damit sollten Sie die Funktionsweise von Antennen zur HF-Energiegewinnung verstanden haben. Im Folgenden betrachten wir die Komponenten von Modulen zur HF-Energiegewinnung.
Lesen Sie auch: Alles über die Vorteile von Brennstoffzellen
Was sind RF Energy Harvesting-Modulkomponenten?
RF steht für Radiofrequenz. Ein HF-Transceiver-Modul funktioniert nur paarweise, d. h. es benötigt sowohl einen Sender als auch einen Empfänger zum Senden und Empfangen von Daten. Da ein Sender nur Informationen senden und ein Empfänger nur empfangen kann, können Daten nur von einem Ende zum anderen übertragen werden. Das Sendermodul hat drei Anschlüsse: Vcc, Din und Masse. Das Empfängermodul hat vier Anschlüsse: Vcc, Dout, Linear Out und Masse.
Encoder- und Decodermodule sind für den Betrieb der HF-Module nicht erforderlich. Schalten Sie den DIN-Pin am Sender auf HIGH, und der DOUT-Pin am Empfänger wird ebenfalls auf HIGH gesetzt. Diese Methode hat jedoch einen großen Nachteil: Senderseitig ist nur eine Taste und empfängerseitig nur ein Ausgang möglich.
Siehe auch: Was sind grüne Anleihen und warum wird so viel Aufhebens darum gemacht?
Was sind RF Energy Harvesting-Anwendungen?
Jedes Funkübertragungsgerät kann als Quelle für HF-Energiegewinnung betrachtet werden. Frequenzbereich und Betriebsleistung des Senders hängen von der Anwendung ab. Mobilfunkbasisstationen, Rundfunksender, Fernsehsender, Satelliten, WLAN-Sender und mobile Geräte sind die häufigsten Funkwellenquellen. Anwendungen für HF-Energiegewinnung sind:
- Stromquelle ohne Batterien.
- RF-Tags zum Einkaufen.
- Anwendungen für intelligente Lichter.
- Die ZigBee-Technologie wird für intelligente Schalter zur Heimautomatisierung verwendet.
- Anwendungen für das Internet der Dinge.
- Lädt Geräte auf
- Intelligente Sensoren benötigen eine Möglichkeit zur Stromversorgung.
- Einfach herzustellen und kostengünstig.
- Einfachere Implementierung.
Siehe auch: 5 Methoden zur Solarenergiegewinnung
Was bedeutet RF Energy Harvesting IC?
Der IC zur HF-Energiegewinnung ist ein integrierter Umgebungsenergiemanager (AEM), der Gleichstrom (DC) aus einem Generator, einer Mikroturbine oder anderen Hochfrequenz-HF-Quellen gewinnen kann. Gleichzeitig speichert er Energie in einem wiederaufladbaren Element und versorgt das System mit zwei unabhängigen, geregelten Spannungen . Der HF-Energiewandler soll die Batterielebensdauer verlängern und in einer Vielzahl drahtloser Anwendungen, wie z. B. industrieller Überwachung, Hausautomation, Transportwesen und intelligenter Landwirtschaft, den primären Energiespeicher überflüssig machen.
Um die Energiegewinnung zu maximieren, bietet der IC eine effektive Schnittstelle zwischen einer HF-Gleichrichterantenne (Rectenna) mit extrem niedrigem Stromverbrauch und einer Mikrobatterie. Um einen nominalen Versorgungsstrom zu erreichen, verwendet der Energiegewinnungs-IC eine stromsparende Schaltung, einen nicht überlappenden Gate-Antrieb und eine unterschwellige Stromquelle. Darüber hinaus stellt sich die Frage, wie HF-Energie gewonnen werden kann.
Wie erfassen Sie HF-Energie?
Die Geschichte der HF-Energiegewinnung im freien Raum reicht bis in die späten 1950er-Jahre zurück, als ein mikrowellenbetriebenes Hubschraubersystem entwickelt wurde. Später wurde die Energiegewinnung als Strategie zur Gewinnung von Energie aus der Umgebung definiert, wobei verschiedene Prozesse wie thermoelektrische Umwandlung, Vibrationsstimulation, Solarenergieumwandlung und Druckgradienten genutzt werden. HF-Energie wird gewonnen, indem die HF-Wellen im Erfassungsbereich zunächst mit hocheffizienten Antennen mit hoher Verstärkung aufgefangen und anschließend mithilfe von Gleichrichterschaltungen in Gleichspannung umgewandelt werden. HF-Energiewandler (Rectennas) werden auch als Gleichrichterantennen bezeichnet. Die Hauptkomponenten eines HF-Energiewandlersystems sind die Antenne und die Gleichrichterschaltung, die HF-Leistung bzw. Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandelt.
Lesen Sie auch: Ziehen Solarlampen Insekten an?
Was blockiert HF-Energie?
Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass der Empfang Ihres Autoradios oder Handys in Tunneln oder Tiefgaragen abnimmt? Was blockiert Hochfrequenzenergie und was lässt sie ungehindert durch? Je nach Dicke und Beschaffenheit eines Materials können Funkwellen blockiert oder gestört werden. Aluminiumfolie und andere elektrisch leitfähige Metalle wie Kupfer können Funkwellen reflektieren und absorbieren und so deren Übertragung beeinträchtigen. Zu den besten Materialien zur HF-Abschirmung zählen Neusilber, Stahl, Mu-Metall, vorverzinnter Stahl , leitfähige Textilien und leitfähige Elastomere.
Empfehlung: Was sind Doppelglas-Solarpaneele?
