RF-energiewinning speelt een steeds grotere rol in AI-gestuurde toepassingen

De toenemende vraag naar draadloze apparaten zoals mobiele telefoons en computers toont het belang van draadloze toepassingen wereldwijd aan. Deze apparaten hebben echter een continue stroomvoorziening of een lange batterijduur nodig. Om het gebruik van batterijen voor veiligheidskwesties te beperken, kan een RF-energieoogstsysteem voor draadloze stroomvoorziening de hele applicatiemarkt ten goede komen, die naar verwachting tussen 2020 en 2025 met 22% zal groeien.

Deze groei kan aan veel factoren worden toegeschreven, maar de belangrijkste drijfveer is kunstmatige intelligentie (AI). Hoewel AI-algoritmen nu sterk zijn, hebben ze steeds meer gegevens nodig om effectiever te zijn. En dat is waar draadloze kracht om de hoek komt kijken. Het is bewezen dat draadloze kracht betrouwbaar en efficiënt is, en het kan helpen AI te voeden om het te helpen betere beslissingen te nemen. In een interview met EE Times Europe , Charlie Goetz, CEO van Powercast, zei dat hij gelooft dat IoT, ADAS en slimme steden een aantal AI-gerelateerde gebieden zijn die het meest kunnen profiteren van de implementatie en adoptie van draadloze stroomvoorziening.

RF is beschikbaar en zeer gemakkelijk te vinden op elke plaats en op elk moment, ongeacht tijd, geografische limieten of weersomstandigheden. Typisch varieert RF van 3 kHz tot 300 GHz. Het idee is om die RF-energiebronnen te oogsten en op te slaan voor gebruik in bepaalde toepassingen. Het oogsten van RF-energie biedt aanzienlijke voordelen voor veel toepassingen, maar vereist zorgvuldige aandacht voor de belangrijkste componenten, waaronder de ontvangerantenne en stroomconditioneringscircuits die voor deze benadering nodig zijn.

Draadloos vermogen

Elke industriële omgeving die zintuiglijke informatie nodig heeft voor preventief onderhoud en kritische uitschakelingen kan profiteren van draadloze voeding. Een productiefaciliteit heeft bijvoorbeeld bepaalde gebieden die moeilijk of gevaarlijk toegankelijk zijn. Om die reden kunnen bepaalde sensoren (hun batterijen) niet worden vervangen. Sensoren die draadloos worden opgeladen, zorgen voor een 'set-and-forget'-mentaliteit (u hoeft de batterijen niet te vervangen), wat een ononderbroken informatiestroom naar de AI mogelijk maakt.

Ook autonome voertuigen kunnen enorm profiteren van draadloze stroomvoorziening. Tegenwoordig integreren zelfrijdende auto's met hun omgeving door middel van sonar, radar en patroonherkenning. Om veiliger en betrouwbaarder te worden, moeten auto's hun omgeving voelen en communiceren met de weg:een straatlantaarn, de gele lijnen van de weg, enz. Via sensoren. Met draadloos aangedreven sensoren kunnen auto's ook hun weg door de omgeving communiceren zonder tegen aansluitdraden te botsen, wat een veiligere en betrouwbaardere manier oplevert.

Verderop zal het mogelijk maken van slimme steden niet plaatsvinden met batterijen en draden, maar met AI en draadloze stroom. Om slimme steden te laten communiceren met hun omgeving, moeten draadloze stroomvoorziening en opladen worden geïmplementeerd.

Energie oogsten

Radiofrequentie is een overvloedige bron voor het oogsten van energie, hoewel het de nabijheid van een zendantenne vereist. Het concept van energiewinning uit RF is niet nieuw en het proces is relatief eenvoudig. Radiogolven raken een antenne en veroorzaken een potentiaalverschil dat ladingsdragers over de lengte van de antenne verplaatst in een poging het veld gelijk te maken. Het oogstcircuit vangt deze beweging in principe op. De energie wordt tijdelijk opgeslagen in een condensator en vervolgens gebruikt om een ​​gewenst potentiaalverschil op de belasting te creëren.

RF-oplaadtechnologie maakt gebruik van verschillende technologieën (Qi, PMA/AirFuel Alliance, WPC, enz.), elk met verschillende oplaadmethoden en maximale oplaadafstanden. Zowel onze routers als mobiele telefoons creëren ruimtegebieden met potentiële energieën die in de tijd en/of afstand variëren. En waar een potentiaalverschil bestaat, is er altijd een manier om elektriciteit te verkrijgen.

RF-zenders voor communicatie zijn doorgaans beperkt in de hoeveelheid vermogen die ze kunnen uitstralen. Bovendien neemt voor een bepaalde radiobron het vermogen van de ontvangstantenne af met de afstand zoals voorspeld door de Friis-transmissievergelijking:

waar

P _T =uitgezonden vermogen
P _R =ontvangen vermogen
G _T =zender antenne versterking
G _R =versterking van de ontvangerantenne
λ =golflengte
d =afstand tussen zender en ontvanger

Het ontwerp van de ontvangstantenne speelt een cruciale rol bij het maximaliseren van de efficiëntie van het oogsten van energie. Ontvangstantennes kunnen in printplaten worden geëtst of zijn beschikbaar als componenten van de ontvangerspoel die speciaal voor de taak zijn ontworpen (afbeelding 1).

Afbeelding 1:Powercast's patch-antenne (900 MHz) inbegrepen in de P2110-evaluatiekit.

Powercast-technologie

Begin 2021 kondigde Powercast aan dat het is uitgeroepen tot winnaar van de BIG Innovation Awards 2021, uitgereikt door de Business Intelligence Group voor zijn nieuwe draadloos aangedreven RFID-temperatuurscansysteem, waarmee bedrijven eenvoudig en veilig de temperatuur van werknemers kunnen bewaken ter ondersteuning van Covid- 19 bewakingsprotocollen.

Het temperatuurscansysteem bestaat uit een temperatuursensor, een RFID-lezer en een tv-monitor. Door gebruik te maken van draadloze technologie, laadt het apparaat snel op wanneer het in de buurt van een RFID-lezer bij de ingang van het bedrijf wordt gehouden met behulp van gepatenteerde Powercast-technologie voor het oogsten van energie. Medewerkers scannen hun voorhoofd met behulp van de stick om hun temperatuur af te lezen en worden toegelaten of geweigerd op basis van de meting, die automatisch op de monitor verschijnt.

“Het ontwerp van de antenne is erg belangrijk, het dient om ons af te stemmen op een bepaalde frequentie die in ons geval 915 Mhz is. Als je met RF te maken hebt, heb je uiteindelijk te maken met zeer kleine hoeveelheden stroom, zelfs op relatief korte afstand. Je hebt te maken met 10 of misschien lage honderden milliwatt. Dus je energiehuishouding achter die inzameling en omzetting moet enorm belangrijk zijn. Antenne- en energiebeheer moeten harmonieus samenwerken om de juiste gebruikerservaring te krijgen en daadwerkelijke oplossingen te bieden", aldus Goetz.

Figuur 2:P2110-EVAL-02 Evaluatiekit

De ontvangstantenne heeft een impedantie van 50 ohm, die moet overeenkomen met de ingangsimpedantie van de rest van het apparaat. De spanning die in de buurt van de antenne wordt verzameld, moet vervolgens op een spanning worden gebracht waar deze kan worden omgezet in gelijkstroom. Dit kan met behulp van een laadpomp, die de spanning verhoogt, maar uiteraard niet het totale vermogen kan verhogen. Powercast biedt een evaluatiekit om bedrijven te helpen de mogelijkheden van deze technologie te verkennen. De P2110-EVAL-02 bevat een RF-ontvanger en zender, een antenne en een laadbord om het uitgestraalde vermogen op te vangen (afbeelding 2).

Samen met de toenemende beschikbaarheid komt RF-vermogenswinning niet alleen ten goede aan de bekabelingsvereisten, maar biedt het ook een systeem dat beschermd is tegen omgevingsfactoren en gevaarlijke materialen. Voor mesh-netwerken kunnen technici het oogsten van RF-energie combineren met geavanceerde apparaat-naar-apparaat-communicatie voor een verscheidenheid aan toepassingen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times Europe.