Coleta de energia de RF

Existem muitos dispositivos sem fio funcionando em todo o mundo, o que torna a vida das pessoas fácil e confortável de várias maneiras, mas todos esses dispositivos sem fio precisam ser carregados repetidamente para serem usados. Mas e se, pudéssemos usar a mesma frequência de rádio que transfere dados, para carregar os dispositivos. Essa tecnologia reduziria ou omitiria o uso de baterias para alimentar o circuito interno do dispositivo. A ideia é colher energia da radiofrequência usando as antenas em vez de gerar energia do movimento ou energia solar. Este artigo discute a coleta de energia de RF em detalhes.

Como funciona a coleta de energia de RF?

Existem muitas fontes de RF disponíveis, mas o que é importante entender primeiro é: como converter a RF em energia ou eletricidade ? O processo é bastante simples, é como o processo normal de uma antena recebendo um sinal. Então, vamos entender o processo de conversão usando um diagrama simples.

A fonte (pode ser qualquer dispositivo ou circuito eletrônico que) transmite sinais de RF e o circuito de aplicação, que tem um circuito embutido para conversão de energia, recebe a RF, que então causa uma diferença de potencial ao longo do comprimento da antena e cria um movimento de carregue portadores através da antena. Os portadores de carga se movem para o circuito de conversão de RF para DC, ou seja, a carga agora é convertida em corrente DC usando o circuito que é armazenado no capacitor temporariamente. Em seguida, usando o circuito de condicionamento de potência, a energia é amplificada ou convertida para o valor potencial desejado pela carga.

Existem muitas fontes que transmitem sinais de RF, como estações de satélite, estações de rádio, internet sem fio. Qualquer aplicativo que tenha um circuito de coleta de energia de RF acoplado, receberá o sinal e o converterá em eletricidade.

O processo de conversão começa quando a antena receptora recebe o sinal e causa uma diferença de potencial ao longo do comprimento da antena que ainda faz um movimento nos portadores de carga da antena. Esses portadores de carga da antena movem-se para o circuito de combinação de impedância conectado através dos fios. A rede de correspondência de impedância (IMN) garante que a transferência de energia da antena (fonte de RF) para o retificador / multiplicador de tensão (carga) seja máxima. A impedância em um circuito RF é tão importante quanto a resistência no circuito DC para transferência de energia ideal entre a fonte e a carga.

O sinal RF recebido na antena tem uma forma de onda sinusoidal, ou seja, é um sinal AC e precisa ser convertido para sinal DC. Depois de passar pelo IMN, o retificador ou circuito multiplicador de tensão retifica e amplifica o sinal conforme a necessidade da aplicação. O circuito retificador não é um retificador de meia onda, onda completa ou ponte, ao invés disso, é um circuito multiplicador de tensão (um retificador especial) que retifica o sinal e também aumenta o sinal retificado com base nos requisitos da aplicação.

A eletricidade convertida de CA para CC usando um multiplicador de voltagem se move para o circuito de gerenciamento de energia que usa um capacitor ou bateria para armazenar a eletricidade e fornecê-la à carga (aplicação) sempre que necessário.

Quais são os

Como mencionado anteriormente, existem muitos dispositivos que usam sinais de RF, o que significa que haveria muitas fontes para receber o sinal de RF para coletar a energia.

As fontes de RF que podem ser usadas como fonte de energia são:

• Estações de rádio: Antigas, mas valiosas, as estações de rádio emitem regularmente sinais de RF que podem ser usados ​​como fonte de energia.
• Estações de TV: Esta também é uma fonte antiga, mas válida, que envia sinais 24 horas por dia, 7 dias por semana e é considerada uma boa fonte de energia.
• Telefones celulares e estações base: bilhões de telefones celulares e suas estações base emitem sinais de RF que, como resultado, são uma boa fonte de energia.
• Redes sem fio: há uma série de roteadores Wi-Fi e dispositivos sem fio presentes em todos os lugares e eles também devem ser considerados uma boa fonte de coleta de energia de RF.

Estes são os principais dispositivos presentes em todo o mundo, que são as principais fontes de RF que podem ser usadas para coletar energia, ou seja, gerar energia elétrica.

Aplicações práticas de captação de energia de rádio

Algumas das aplicações do Coletor de Energia usando o sistema RF estão listadas abaixo:

• Cartões RFID: A tecnologia RFID (Radio Frequency Identification) usa o conceito de Coleta de Energia, que carrega sua 'etiqueta' recebendo o sinal RF do próprio leitor RFID. O aplicativo pode ser visto em Shoppings, Metrôs, Estações de Trem, Indústrias, Faculdades e muitos outros locais.
• Pesquisa ou avaliação: A empresa Powercast lançou um quadro de avaliação - “Quadro de avaliação P2110” que pode ser usado para fins de pesquisa ou para avaliações de algumas novas aplicações, considerando o poder exigido e recebido e as alterações a serem feitas após a avaliação.

Além dessas aplicações práticas, existem muitos campos onde a tecnologia de coleta de energia pode ser usada, como em monitoramento industrial, indústria agrícola, etc.

Limitações da coleta de energia de RF

Com boas aplicações e uma série de vantagens, existem algumas desvantagens também e essas desvantagens são causadas devido à limitação existente nessa coisa.

Portanto, as limitações do sistema de coleta de energia de RF são:

• Dependência: A única dependência do sistema de coleta de energia de RF é a qualidade dos sinais de RF recebidos. O valor de RF pode ser reduzido devido a mudanças atmosféricas ou obstáculos físicos e pode resistir à transmissão do sinal de RF, resultando em baixa potência como saída.
• Eficiência: Já que o circuito é formado por componentes eletrônicos que perdem sua funcionalidade com o tempo e dão resultados ruins se não forem alterados em conformidade. Como resultado, isso afetaria a eficiência do sistema como um todo e forneceria uma saída inadequada em troca.
• Complexidade: O receptor para o sistema deve ser projetado com base em suas aplicações e no circuito de armazenamento de energia, o que o torna mais complexo de construir.
• Frequência: Qualquer circuito ou dispositivo projetado para receber um sinal de RF para coletar energia pode ser projetado para operar apenas uma banda de frequência e não múltipla. Portanto, está limitado apenas a esse espectro de banda.
• Tempo de carregamento: A potência máxima de saída da conversão é em miliwatts ou microwatts. Portanto, a energia exigida pelo aplicativo levaria muito tempo para ser produzida.

Além dessas limitações, a captação de energia usando radiofrequência (RF) tem muitas vantagens, como resultado das quais tem aplicação na indústria de automação, agricultura, IOT, indústria de saúde, etc.

Hardware de coleta de energia de RF disponível no mercado

Os hardwares disponíveis no mercado que suportam Coleta de Energia por Radiofrequência são:

• Powercast P2110B: A empresa Powercast lançou o P2110B que pode ser usado para avaliação, bem como para uso baseado em aplicativo.

• Formulários:
  • Sensores sem fio sem bateria
    • Monitoramento Industrial
    • Smart Grid
    • Defesa
    • Automação predial
    • Gás de petróleo
  • Recarregando bateria
    • Células moeda
    • Células de filme fino
  • Eletrônica de baixa potência

• Características:
  • Alta eficiência de conversão
  • Converte sinais de RF de baixo nível, permitindo aplicações de longo alcance
  • Saída de tensão regulada até 5.
  • Corrente de saída de até 50mA
  • Indicador de intensidade do sinal recebido
  • Ampla faixa operacional de RF
  • Operação até entrada de -12 dBm
  • Reinicializável externamente para controle do microprocessador
  • Faixa de temperatura industrial
  • Compatível com RoHS

• Powercast P1110B: Semelhante ao P2110B, o Powercast P1110B tem os seguintes recursos e aplicações.

• Características:
  • Alta eficiência de conversão,> 70%
  • Baixo consumo de energia
  • Saída de tensão configurável para suportar recarga de bateria de íon-lítio e alcalina
  • Operação de 0 V para suportar o carregamento do capacitor
  • Indicador de intensidade do sinal recebido
  • Ampla faixa operacional
  • Operação até -5 dBm de potência de entrada
  • Faixa de temperatura industrial
  • Compatível com RoHS

• Formulários:
  • Sensores sem fio
    • Monitoramento Industrial
    • Smart Grid
    • Monitoramento de integridade estrutural
    • Defesa
    • Automação predial
    • Agricultura
    • Gás de petróleo
    • Serviços de localização
  • Disparador sem fio
  • Eletrônica de baixa potência.

Estes são os dois dispositivos de captação de energia baseados em RF disponíveis no mercado e são desenvolvidos pela empresa Powercast.

Uso de coleta de energia de RF em aplicações IOT

Com a crescente popularidade da Internet das Coisas (IoT) na automação de dispositivos eletrônicos, os aplicativos IoT estão sendo desenvolvidos para residências e indústrias, que podem permanecer ativados por anos aguardando um acionamento. Com capacidade de captação de energia, esses dispositivos podem literalmente extrair energia do ar para recarregar suas próprias baterias ou coletar energia suficiente do ambiente para que uma bateria nem mesmo exija qualquer fonte de alimentação externa para carregar. Esses sensores autoalimentados agora são normalmente chamados de " energia zero"sensores sem fio por sua capacidade de fornecer dados de sensor diretamente em uma nuvem IoT, usando um gateway sem fio sem fonte aparente de energia. Ao colher energia de fontes de energia de RF disponíveis, uma nova geração de dispositivos sem fio de ultra-baixa potência (ULP), como sensores IoT, pode ser desenvolvida para aplicações de baixa manutenção, como monitoramento remoto.

A captação de energia é considerada uma tecnologia “companheira” para as comunicações sem fio, pois pode permitir uma vida útil estendida da bateria para dispositivos móveis e, possivelmente, operação sem bateria para alguns dispositivos eletrônicos.