では、RF エネルギー ハーベスティングとは何でしょうか? この記事の後半で簡単に説明しますが、エネルギー ハーベスティング技術は、IoT の利用と展望を広げ、生活を豊かにし、社会の回復力を向上させる実現技術として注目を集めています。
RF エネルギーハーベスティングとは何ですか?
無線周波数エネルギーハーベスティング (RFEH) は、電磁場 (EM) からエネルギーを取得し、それを電気領域 (つまり、電圧と電流) に取り込む方法です。次に、RF とはどのような種類のエネルギーか、RF エネルギーは再生可能かを見てみましょう。
RF とはどのような種類のエネルギーですか? RF エネルギーは再生可能でしょうか?
電磁放射は、空間を光速で伝わる電気エネルギーと磁気エネルギーの波で構成されています。あらゆる種類の電磁エネルギーをまとめて電磁エネルギースペクトルと呼びます。電磁エネルギーの一種として、アンテナから発信される電波やマイクロ波があります。これらはまとめて高周波エネルギー、RFエネルギー、または放射線と呼ばれます。
アンテナの RF 波は、アンテナ内の電荷の動きから発生します。波長と周波数は、電磁波を説明するために使用できる 2 つの要素です。波長は、電磁波が 1 サイクルで移動する距離であり、周波数は、1 秒間に特定のポイントを通過する電磁波の数です。ほとんどの場合、RF 信号の周波数はヘルツ (Hz) で表されます。1 メガヘルツ (MHz) は、1 秒あたり 100 万回に相当します。
最も優れた再生可能エネルギー源は、無線通信システムで使用されるRF信号でしょう。エネルギーは振動、光、熱から得られます。それでは、RFエネルギーハーベスティングの仕組みについて見ていきましょう。
RF エネルギー収集はどのように機能するのでしょうか?
RFハーベスティングとは、 RFエネルギーを電子機器に取り込むプロセスです。RFハーベスティングは、空気中からエネルギーを取り込むことができるため、他の電力取得方法とは異なります。
金属板の両側にダイポールアンテナ（コイル状の電線）を配置することで、RF を収集できます。これにより、反対の電荷を持つ 2 つのコイルが生成され、電流が発生します。RF 収集技術は、適切に実行すれば、プラグ、コード、バッテリーが不要になります。また、小型デバイスの電源が切れないようにするのにも役立ちます。
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RF エネルギーハーベスティング回路設計とは何ですか?
アンテナ、エネルギー変換モジュール、マッチング ネットワーク、負荷は、典型的な RF-EH 回路を構成する部品です。レクテナ システムは、整流器、RF 入力フィルタ、アンテナ、インピーダンス マッチング ネットワークで構成されていました。これで、RF エネルギー ハーベスティング回路の設計について理解できたはずです。
RF エネルギーハーベスティングアンテナとは何ですか?
パッチ アンテナ、スロット アンテナ、修正逆 F アンテナ、誘電体共振器アンテナはすべて、RF エネルギー収集に使用できる基本的なアンテナ構造です。
1. パッチアンテナ
パッチアンテナのカバー範囲は湾曲しており、壁に掛けると30度から180度の範囲をカバーできます。このタイプのアンテナは通常、壁に掛けるのに十分な大きさで小型軽量です。目立たないように、通常は白または黒のプラスチック製です。また、プラスチック製のケースは、アンテナ本体を損傷から守り、組み立てを容易にします。
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2. スロットアンテナ
スロットアンテナは、金属導体に一定のサイズの開口部が切り込まれたアンテナの一種です。2線式伝送線路または同軸ケーブルによって給電されます。これらのアンテナの周波数範囲は300MHzから30GHzです。水平スロットアンテナは垂直偏波信号を提供しますが、垂直スロットアンテナは水平偏波信号を受信します。
3. 逆Fアンテナ
逆Fアンテナは、主にUHFおよびマイクロ波周波数帯の無線通信に使用されるアンテナの一種です。これは、接地平面と平行に伸び、片端が接地された単一のアンテナで構成されています。アンテナは、接地された端ともう一方の端の間の点から電力を得ます。この設計は、単純なモノポールアンテナよりも2つの点で優れています。アンテナが短く小さいため、モバイルデバイスのケース内に収まり、設計者はインピーダンスを給電回路に整合させることができるため、追加の整合部品を必要とせずに効率的に電力を放射できます。これで、RFエネルギーハーベスティングアンテナについて理解できたはずです。次に、RFエネルギーハーベスティングモジュールのコンポーネントについても見ていきましょう。
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RF エネルギー ハーベスティング モジュール コンポーネントとは何ですか?
RFは無線周波数の略です。RFトランシーバーモジュールはペアでしか動作せず、データの送受信には送信機と受信機の両方が必要です。送信機は情報を送信することしかできず、受信機は情報を受信することしかできないため、データは一方の端からもう一方の端へしか伝送されません。送信機モジュールには、Vcc、Din、およびグランドの3つのピンがあります。受信機モジュールには、Vcc、Dout、リニア出力、およびグランドの4つのピンがあります。
エンコーダー モジュールとデコーダー モジュールは、RF モジュールの動作に必須ではありません。送信機の Din ピンをハイにすると、受信機の Dout ピンもハイになります。ただし、この方法には大きな欠点があります。送信機側ではボタンが 1 つしか使用できず、受信機側では出力が 1 つしか使用できないのです。
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RF エネルギーハーベスティングアプリケーションとは何ですか?
あらゆる無線送信装置は、RF エネルギー収集源とみなすことができます。送信機の周波数範囲と動作電力は、アプリケーションによって決まります。モバイル基地局、ラジオ放送局、テレビ放送、衛星、無線 LAN 送信機 (Wi-Fi)、モバイル デバイスは、最も一般的な電波源です。RF エネルギー収集アプリケーションは次のとおりです。
- 電池不要の電源。
- ショッピング用のRFタグ。
- スマートライトのアプリケーション。
- ZigBee テクノロジーは、スマートなホームオートメーション スイッチに使用されます。
- モノのインターネット向けアプリケーション。
- デバイスを充電する
- スマートセンサーには電力を得る方法が必要です。
- 作り方が簡単で安価です。
- 実装が簡単になります。
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RF エネルギーハーベスティング IC とは何を意味しますか?
RFエネルギーハーベスティングICは、内蔵の環境エネルギーマネージャ（AEM）であり、発電機、マイクロタービン発電機、またはその他の高周波RF入力から直流（DC）電力を抽出すると同時に、充電式素子にエネルギーを蓄積し、システムに2つの独立した安定化電圧を供給します。RFハーベスターは、バッテリー寿命を延ばし、最終的には産業監視、ホームオートメーション、輸送、スマート農業など、幅広いワイヤレスアプリケーションにおける主要なエネルギー貯蔵要素を排除することを目的としています。
電力収集を最大化するために、この IC は超低電力 RF 整流アンテナ (レクテナ) ソースとマイクロ バッテリー間の効果的なインターフェイスを提供します。公称供給電流を実現するために、エネルギー ハーベスター IC は電流不足の回路、非重複ゲート ドライブ、およびサブスレッショルド電流ソースを採用しています。その後、RF エネルギーをどのように捕捉するかについても興味が湧くはずです。
RF エネルギーをどのように捕捉しますか?
自由空間におけるRF電力ハーベスティングの歴史は、マイクロ波駆動ヘリコプターシステムが開発された1950年代後半に遡ります。その後、電力ハーベスティング、すなわちエネルギー消費は、熱電変換、振動刺激、太陽エネルギー変換、圧力勾配などの様々なプロセスを利用して外部環境からエネルギーを収穫する戦略として定義されました。RFエネルギーは、まず高効率かつ高利得のアンテナでその領域のRF波を収集し、次に整流回路で直流電圧に変換することによって捕捉されます。レクテナは、RFエネルギーハーベスター（整流アンテナ）の別名です。RF電力ハーベスティングシステムの主要コンポーネントは、アンテナと、RF電力または交流（AC）を直流（DC）に変換する整流回路です。
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RF エネルギーをブロックするものは何ですか?
トンネルや地下駐車場に入ると、カーラジオや携帯電話の電波が途切れることに気づいたことはありませんか？何が電波を遮断し、何が電波を容易に通過させるのでしょうか？素材の厚さや性質によっては、電波を遮断したり、干渉したりすることがあります。アルミホイルや銅などの導電性金属は、電波を反射・吸収し、その伝送を妨害します。優れた電波遮蔽材としては、ニッケルシルバー、鋼、ミューメタル、錫メッキ鋼板、導電性布、導電性エラストマーなどが挙げられます。
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