手機(jī)、電腦等無線設(shè)備越來越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中，向我們展示了無線應(yīng)用的重要性。無線設(shè)備只能依靠持續(xù)供電或長電池壽命來使用。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，還可以為整個應(yīng)用市場提供優(yōu)勢。

這種增長可以歸因于許多因素，但其主要驅(qū)動力是人工智能。雖然人工智能算法現(xiàn)在很強(qiáng)大，但它們需要越來越多的數(shù)據(jù)才能最有效。這就是無線電源的用武之地。無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，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，它們可以從無線電力的實施和采用中受益最大。

無論時間、地理限制或天氣條件如何，在任何地點和任何時間都可以很容易地找到射頻。通常，RF 范圍為 3 kHz 至 300 GHz。這個想法是收集這些射頻能量源并將它們存儲起來以供我們在某些應(yīng)用中使用。RF 能量收集為許多應(yīng)用提供了顯著優(yōu)勢，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)入危險的區(qū)域。因此，某些傳感器（它們的電池）無法更換。在這種情況下，由無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，這允許將不間斷的信息輸入人工智能。

自動駕駛汽車也可以從無線電力中受益匪淺。就像今天一樣，自動駕駛汽車正在通過聲納、雷達(dá)和形狀識別集成到他們的環(huán)境中。為了讓這個區(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，通過環(huán)境中的傳感器。更重要的是，借助無線供電的傳感器，汽車可以在不撞到連接線的情況下通過環(huán)境進(jìn)行通信，從而實現(xiàn)更安全、更可靠的方式。

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

能量收集

射頻是能量收集的豐富來源，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，過程相對簡單。無線電波撞擊天線并產(chǎn)生電位差，使電荷載流子沿天線長度移動，以均衡場。收割回路基本上捕捉到了這種運(yùn)動。能量暫時存儲在電容器中，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電話創(chuàng)造了具有隨時間和/或距離變化的潛在能量的空間區(qū)域。無論哪里存在電位差，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，對于給定的無線電源，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：

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

d=發(fā)射器和接收器之間的距離

接收天線的設(shè)計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)計的接收器線圈組件。

圖 1：P2110 評估套件中包含的 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，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。通過使用無線技術(shù)，該設(shè)備在靠近公司入口處的 RFID 閱讀器時可以快速充電，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)會自動顯示在監(jiān)視器上。

“天線的設(shè)計非常重要，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，即使在相對較近的范圍內(nèi)，您最終也會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并實際提供真正的解決方案，”Goetz 說。

圖 2：P2110-EVAL-02 評估套件

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完成，它會增加電壓，但顯然不能增加總功率。Powercast 公司提供了一個評估套件來幫助公司探索這項技術(shù)的可能性。P2110-EVAL-02 包括一個射頻接收器和發(fā)射器、一個天線和一個用于收集發(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，而且還提供了一個不受環(huán)境條件和有害材料影響的系統(tǒng)。對于網(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