射頻能量收集允許在醫(yī)療應(yīng)用中使用無(wú)線電源

手機(jī)、電腦等無(wú)線設(shè)備越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中，向我們展示了無(wú)線應(yīng)用的重要性。無(wú)線設(shè)備只能依靠持續(xù)供電或長(zhǎng)電池壽命來(lái)使用。射頻能量收集系統(tǒng)可以幫助限制電池的使用，從而改善安全條件，還可以為整個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)提供優(yōu)勢(shì)。

這種增長(zhǎng)可以歸因于許多因素，但其主要驅(qū)動(dòng)力是人工智能。雖然人工智能算法現(xiàn)在很強(qiáng)大，但它們需要越來(lái)越多的數(shù)據(jù)才能最有效。這就是無(wú)線電源的用武之地。無(wú)線電源已被證明是可靠和高效的，它可以幫助人工智能做出更好的決策。在接受 EE Times 采訪時(shí)，Powercast 首席執(zhí)行官 Charlie Goetz 認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)、ADAS 和智慧城市是與人工智能相關(guān)的許多領(lǐng)域，它們可以從無(wú)線電力的實(shí)施和采用中受益最大。

無(wú)論時(shí)間、地理限制或天氣條件如何，在任何地點(diǎn)和任何時(shí)間都可以很容易地找到射頻。通常，RF 范圍為 3 kHz 至 300 GHz。這個(gè)想法是收集這些射頻能量源并將它們存儲(chǔ)起來(lái)以供我們?cè)谀承?yīng)用中使用。RF 能量收集為許多應(yīng)用提供了顯著優(yōu)勢(shì)，但需要仔細(xì)注意關(guān)鍵組件，包括此方法所需的接收器天線和功率調(diào)節(jié)電路。

無(wú)線電源

任何需要感官信息以進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和關(guān)鍵停機(jī)的工業(yè)環(huán)境都可以從無(wú)線電力中受益。例如，制造工廠可能有某些難以到達(dá)或進(jìn)入危險(xiǎn)的區(qū)域。因此，某些傳感器（它們的電池）無(wú)法更換。在這種情況下，由無(wú)線電源充電的傳感器允許設(shè)置和忘記的心態(tài)（這意味著您不需要更換電池）。作為回報(bào)，這允許將不間斷的信息輸入人工智能。

自動(dòng)駕駛汽車也可以從無(wú)線電力中受益匪淺。就像今天一樣，自動(dòng)駕駛汽車正在通過(guò)聲納、雷達(dá)和形狀識(shí)別集成到他們的環(huán)境中。為了讓這個(gè)區(qū)域變得更安全、更可靠，它需要感知環(huán)境并與周圍的道路通信：燈柱、黃色道路線等，通過(guò)環(huán)境中的傳感器。更重要的是，借助無(wú)線供電的傳感器，汽車可以在不撞到連接線的情況下通過(guò)環(huán)境進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)更安全、更可靠的方式。

再往前走，智能城市的實(shí)現(xiàn)將不再是電池和電線，而是人工智能和無(wú)線電力。為了讓智慧城市與其環(huán)境進(jìn)行通信，需要實(shí)施無(wú)線電力和充電。

能量收集

射頻是能量收集的豐富來(lái)源，盡管它需要靠近發(fā)射天線。射頻能量收集的概念并不新鮮，過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。無(wú)線電波撞擊天線并產(chǎn)生電位差，使電荷載流子沿天線長(zhǎng)度移動(dòng)，以均衡場(chǎng)。收割回路基本上捕捉到了這種運(yùn)動(dòng)。能量暫時(shí)存儲(chǔ)在電容器中，然后用于在負(fù)載上產(chǎn)生所需的電位差。

射頻充電技術(shù)采用了幾種技術(shù)（Qi、PMA/AirFuel Alliance、WPC等），每種技術(shù)都具有

各種充電方法和最大充電距離。我們的路由器和移動(dòng)電話創(chuàng)造了具有隨時(shí)間和/或距離變化的潛在能量的空間區(qū)域。無(wú)論哪里存在電位差，總有辦法獲得電力。

用于通信的射頻發(fā)射器通常受到其輻射功率的限制。此外，對(duì)于給定的無(wú)線電源，接收天線處的功率隨距離而下降，如弗里斯傳輸方程所預(yù)測(cè)：

PT=傳輸功率

PR=接收功率

GT=發(fā)射器天線增益

GR=接收器天線增益

λ=波長(zhǎng)

d=發(fā)射器和接收器之間的距離

接收天線的設(shè)計(jì)在最大限度地提高能量收集效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。接收天線可以蝕刻到印刷電路板上，也可以作為專門為該任務(wù)設(shè)計(jì)的接收器線圈組件。

圖 1：P2110 評(píng)估套件中包含的 Powercast 貼片天線 （900 MHz）。

Powercast 技術(shù)

2021 年初，Powercast 宣布因其新的無(wú)線供電 RFID 溫度掃描系統(tǒng)而榮獲商業(yè)智能集團(tuán)頒發(fā)的 2021 年 BIG 創(chuàng)新獎(jiǎng)，該系統(tǒng)使公司能夠輕松、安全地監(jiān)控員工溫度以支持 COVID- 19 個(gè)監(jiān)控協(xié)議。

溫度掃描系統(tǒng)由溫度傳感器、RFID閱讀器和電視監(jiān)視器組成。通過(guò)使用無(wú)線技術(shù)，該設(shè)備在靠近公司入口處的 RFID 閱讀器時(shí)可以快速充電，該閱讀器使用獲得專利的 Powercast 能量收集技術(shù)。員工使用棒掃描他們的額頭以讀取他們的溫度，并根據(jù)讀數(shù)被允許進(jìn)入或拒絕進(jìn)入，該讀數(shù)會(huì)自動(dòng)顯示在監(jiān)視器上。

“天線的設(shè)計(jì)非常重要，它可以將我們調(diào)諧到給定的頻率，在我們的例子中是 915 Mhz。當(dāng)您處理射頻時(shí)，即使在相對(duì)較近的范圍內(nèi)，您最終也會(huì)處理非常少量的功率。您正在處理 10 或可能低至數(shù)百毫瓦的功率。因此，收集和轉(zhuǎn)換背后的能源管理必須非常重要。天線和能源管理必須協(xié)同工作，才能獲得正確的用戶體驗(yàn)并實(shí)際提供真正的解決方案，”Goetz 說(shuō)。

圖 2：P2110-EVAL-02 評(píng)估套件

接收天線的阻抗為 50 歐姆，必須與設(shè)備其余部分的輸入阻抗相匹配。然后必須將在天線附近收集的電壓帶到可以轉(zhuǎn)換為直流的電壓。這可以使用電荷泵來(lái)完成，它會(huì)增加電壓，但顯然不能增加總功率。Powercast 公司提供了一個(gè)評(píng)估套件來(lái)幫助公司探索這項(xiàng)技術(shù)的可能性。P2110-EVAL-02 包括一個(gè)射頻接收器和發(fā)射器、一個(gè)天線和一個(gè)用于收集發(fā)射功率的充電板。

連同其不斷提高的可用性，RF 功率收集不僅有利于布線要求，而且還提供了一個(gè)不受環(huán)境條件和有害材料影響的系統(tǒng)。對(duì)于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，工程師可以將射頻能量收集與復(fù)雜的設(shè)備到設(shè)備通信相結(jié)合，用于各種應(yīng)用。

審核編輯：郭婷