Quindi, cos'è l'energy harvesting RF? Tutto questo è brevemente discusso di seguito nell'articolo; tuttavia, la tecnologia di energy harvesting sta guadagnando terreno come tecnologia abilitante che sta ampliando l'uso e le prospettive per l'uso dell'IoT, arricchendo le vite e migliorando la resilienza sociale.
Che cosa è l'energia raccolta tramite RF?
La raccolta di energia a radiofrequenza, o RFEH, è un modo per ottenere energia dal campo elettromagnetico (EM) e immetterla nel dominio elettrico (vale a dire, in tensioni e correnti). Dopo questo, vediamo che tipo di energia è RF e se l'energia RF è rinnovabile.
Che tipo di energia è la RF? L'energia RF è rinnovabile?
La radiazione elettromagnetica è costituita da onde di energia elettrica e magnetica che si propagano nello spazio alla velocità della luce. L'insieme di tutte le diverse forme di energia elettromagnetica costituisce lo spettro dell'energia elettromagnetica. Un esempio è rappresentato dalle onde radio e dalle microonde emesse dalle antenne. Queste vengono chiamate radiofrequenza, energia RF o radiazione nel suo complesso.
Le onde RF dell'antenna provengono dal movimento delle cariche elettriche all'interno dell'antenna. Lunghezza d'onda e frequenza sono due cose che possono essere utilizzate per descrivere le onde elettromagnetiche. La lunghezza d'onda è la distanza percorsa da un'onda elettromagnetica in un ciclo completo, e la frequenza è il numero di onde elettromagnetiche che passano un certo punto in un secondo. Nella maggior parte dei casi, la frequenza di un segnale RF è data in hertz, Hz. Un megahertz, MHz, equivale a un milione di volte al secondo.
La migliore fonte di energia rinnovabile sarebbero i segnali RF utilizzati nei sistemi di comunicazione wireless. L'energia proviene da vibrazioni, luce e calore. Ora, vediamo come funziona la raccolta di energia RF.
Come funziona la raccolta di energia RF?
La raccolta di energia RF è il processo di prelievo di energia a radiofrequenza (RF) e la sua conversione in un dispositivo elettronico. La raccolta di energia RF si differenzia da altri metodi di produzione energetica perché permette di prelevare energia dall'aria.
La RF può essere raccolta da piastre metalliche posizionando un'antenna dipolo (una bobina di filo) su ogni lato. Ciò dà origine a due bobine con cariche opposte, che a loro volta generano una corrente. La tecnologia di raccolta RF elimina la necessità di spine, cavi e batterie se eseguita correttamente. Inoltre, potrebbe aiutare a garantire che i piccoli dispositivi non rimangano mai senza energia.
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Che cosa è la progettazione di circuiti di raccolta di energia RF?
Un'antenna, un modulo di conversione dell'energia, una rete di adattamento e un carico sono le parti che compongono un tipico circuito RF-EH. Il sistema rectenna era costituito da un raddrizzatore, un filtro di ingresso RF, un'antenna e una rete di adattamento di impedenza. Questo dovrebbe averti aiutato a comprendere la progettazione del circuito di raccolta di energia RF.
Che cosa sono le antenne RF Energy Harvesting?
L'antenna patch, l'antenna slot, l'antenna F invertita modificata e l'antenna risonatrice dielettrica sono tutte strutture di antenna di base che possono essere utilizzate per la raccolta di energia RF.
1. Antenna patch
L'area di copertura di un'antenna patch è curva e, se appesa a una parete, può coprire un'area da 30 a 180 gradi di ampiezza. Questo tipo di antenna è solitamente piccolo e leggero, quindi può essere facilmente appeso a una parete. È generalmente realizzato in plastica bianca o nera per non dare nell'occhio. Inoltre, l'involucro in plastica protegge l'antenna da eventuali danni e ne facilita l'assemblaggio.
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2. Antenna a fessura
Un'antenna a fessura è un tipo di antenna con un'apertura ricavata in un conduttore metallico di una determinata dimensione. È alimentata da una linea di trasmissione a due fili o da un cavo coassiale. La gamma di frequenza per queste antenne va da 300 MHz a 30 GHz. Un'antenna a fessura orizzontale fornisce un segnale a polarizzazione verticale, mentre un segnale a polarizzazione orizzontale attraversa un'antenna a fessura verticale.
3. Antenna F invertita
Un'antenna a F invertita è un tipo di antenna utilizzata per le comunicazioni wireless , principalmente alle frequenze UHF e a microonde. È composta da una singola antenna che corre parallela a un piano di massa ed è collegata a terra a un'estremità. L'antenna riceve l'alimentazione da un punto situato tra l'estremità collegata a terra e l'altra estremità. Questo design è migliore di una semplice antenna monopolare per due motivi: l'antenna è più corta e più piccola, quindi può essere alloggiata all'interno dell'involucro di un dispositivo mobile, e il progettista può adattarne l'impedenza al circuito di alimentazione, in modo da irradiare potenza in modo efficiente senza la necessità di componenti di adattamento aggiuntivi. Con questa spiegazione, dovreste aver compreso il funzionamento delle antenne a raccolta di energia RF. Ora, esploriamo anche i componenti dei moduli di raccolta di energia RF.
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Cosa sono i componenti del modulo di raccolta di energia RF?
Radiofrequenza è l'acronimo di Radio Frequency (RF). Un modulo ricetrasmettitore RF può funzionare solo in coppia, ovvero necessita sia di un trasmettitore che di un ricevitore per inviare e ricevere dati. Poiché un trasmettitore può solo inviare informazioni e un ricevitore può solo riceverle, i dati possono solo andare da un'estremità all'altra. Non possono andare da un'estremità all'altra. Il modulo trasmettitore ha tre pin: Vcc, Din e massa. Il modulo ricevitore ha quattro pin: Vcc, Dout, uscita lineare e massa.
I moduli Encoder e Decoder non sono necessari per il funzionamento dei moduli RF. Rendi alto il pin Din sul trasmettitore e anche il pin Dout sul ricevitore andrà alto. Ma questo metodo ha un enorme svantaggio. Sul lato del mittente, puoi avere solo un pulsante e sul lato del ricevitore, puoi avere solo un'uscita.
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Quali sono le applicazioni di raccolta di energia RF?
Qualsiasi apparecchiatura di trasmissione radio può essere considerata una fonte di raccolta di energia RF. La gamma di frequenza e la potenza operativa del trasmettitore sono determinate dall'applicazione. Stazioni base mobili, stazioni di trasmissione radio, trasmissioni TV, satelliti, trasmettitori LAN wireless (Wi-Fi) e dispositivi mobili sono le fonti di onde radio più diffuse. Le applicazioni di raccolta di energia RF sono:
- Fonte di alimentazione senza batterie.
- Tag RF per lo shopping.
- Applicazioni per luci intelligenti.
- La tecnologia ZigBee viene utilizzata per gli interruttori domotici intelligenti.
- Applicazioni per l'Internet delle cose.
- Ricarica i dispositivi
- I sensori intelligenti hanno bisogno di un modo per ottenere energia.
- Semplice da realizzare ed economico.
- Implementazione più semplice.
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Cosa significa circuito integrato per la raccolta di energia RF?
Il circuito integrato per la raccolta di energia RF è un gestore di energia ambientale (AEM) integrato in grado di estrarre corrente continua (CC) da un generatore, un microgeneratore a turbina o qualsiasi altro ingresso RF ad alta frequenza, immagazzinando al contempo energia in un elemento ricaricabile e alimentando il sistema con due tensioni regolate indipendenti . Il sistema di raccolta di energia RF è progettato per aumentare la durata della batteria e, in futuro, eliminare l'elemento di accumulo di energia principale in un'ampia gamma di applicazioni wireless, tra cui il monitoraggio industriale, la domotica, i trasporti e l'agricoltura intelligente.
Con lo scopo di massimizzare la raccolta di potenza, l'IC fornisce un'interfaccia efficace tra una sorgente di antenna rettificatrice RF a bassissima potenza (rectenna) e una micro batteria. Per ottenere una corrente di alimentazione nominale, l'IC di raccolta di energia impiega circuiti a corto di corrente, un gate drive non sovrapposto e una sorgente di corrente sub-soglia. Dopodiché, dovresti anche essere curioso di sapere come catturare l'energia RF.
Come si cattura l'energia RF?
La storia del recupero di energia RF nello spazio libero risale alla fine degli anni '1950, quando venne sviluppato un sistema per elicotteri alimentato a microonde. Successivamente, il recupero o consumo di energia è stato definito come una strategia per ricavare energia dall'ambiente esterno utilizzando vari processi come la conversione termoelettrica, la stimolazione vibrazionale, la conversione dell'energia solare e i gradienti di pressione. L'energia RF viene catturata raccogliendo innanzitutto le onde RF presenti nell'area con antenne ad alta efficienza e ad alto guadagno e convertendole poi in tensione continua (CC) tramite circuiti raddrizzatori. Le rectenne sono un altro nome per i dispositivi di recupero di energia RF (antenne raddrizzatrici). I componenti principali di un sistema di recupero di energia RF sono l'antenna e il circuito raddrizzatore, che converte la potenza RF o corrente alternata (CA) in corrente continua (CC).
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Cosa blocca l'energia RF?
Avete mai notato che quando entrate in una galleria o in un parcheggio sotterraneo, perdete il segnale dell'autoradio o del cellulare? Cosa blocca l'energia a radiofrequenza e cosa le permette di propagarsi facilmente? A seconda dello spessore e della natura di un materiale, questo può bloccare o interferire con le onde radio. La lamina di alluminio e altri metalli elettricamente conduttivi come il rame possono riflettere e assorbire le onde radio, interferendo con la loro trasmissione. Alcuni dei migliori materiali per la schermatura dalle radiofrequenze sono l'alpacca, l'acciaio, il Mu-Metal, l'acciaio pre-stagnato , i tessuti conduttivi e gli elastomeri conduttivi.
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