RF-energian talteenottotekniikka

Jokapäiväisessä elämässämme on yhä enemmän elektronisia laitteita, ja ne kaikki tarvitsevat jonkinlaisen virtalähteen toimiakseen kunnolla. Onneksi ympärillämme on monia energiamuotoja, jotka voivat muuntaa tuulienergiaa, valoenergiaa, esineiden kineettistä energiaa sähköenergiaksi ja jopa kerätä energiaa korkeataajuisten radiosignaalien lähetyksestä.

Harvemmin yleinen, mutta nopeasti kasvava suosio on energiankeruujärjestelmä RF-/mikroaaltosignaaleista, jotka voidaan kerätä radio- ja televisiolähetysasemista ja langattomista laitteista. Tällä energiankeruujärjestelmällä voidaan korvata akkuja vähän virtaa kuluttavissa sovelluksissa, kuten Internet of Things (IoT) -antureissa ja radiotaajuustunnistustunnisteissa (RFID). Energian uudelleenkäyttö alentaa käyttökustannuksia ja lisää olemassa olevien elektronisten järjestelmien ja laitteiden energiatehokkuutta.

RF on runsas energiankeruun lähde, ja sitä lähettää miljardeja radiolähettimiä ympäri maailmaa, mukaan lukien matkapuhelimet, matkapuhelinten tukiasemat ja TV/radiosignaalien lähetyksen tukiasemat. Siksi on tullut trendi käyttää RF-energiaa joidenkin pienitehoisten piirien tehonlähteenä.

Ajatus energian keräämisestä radiotaajuuksista ei ole uusi, ja prosessi on suhteellisen yksinkertainen. Radioaallot saavuttavat antennin ja aiheuttavat muutoksen potentiaalierossa sen pituudella. Tämä potentiaaliero saa varauksenkantajat liikkumaan pitkin antennin pituutta yrittäen tasata kenttää, ja integroitu RF-DC-piiri pystyy sieppaamaan energiaa näiden varauskantajien liikkeestä. Energia varastoidaan tilapäisesti kondensaattoriin ja sitä käytetään sitten vaaditun potentiaalieron luomiseen kuormalla.

RF-energiasignaali vastaanotetaan antennin kautta, joten antennin toimintataajuuden on oltava sama kuin vastaanotetun signaalin taajuus. Kun RF-signaali on vastaanotettu antennin kautta, sitä voidaan käyttää sekä RF-DC-muuntimissa että puhtaissa RF-sovelluksissa; RF-DC-muunnin muuntaa RF-signaalin DC-signaaliksi, jolloin saatu energia voidaan varastoida energian varastointilaitteeseen; energian varastointilaite voi tarjota energiaa RF-DC-muuntimille, RF-laitteille ja pienitehoisille sovelluksille.

Voidaan luoda piiri suorittamaan RF-DC-muunnos alijärjestelmälle, jossa on valmiita komponentteja. Käyttämällä erilaisia yhdistelmiä antenneja, langattomia latauskeloja, PMIC:itä (power management IC), tehovastaanotinsiruja, herätelähettimiä jne. voidaan luoda järjestelmiä, jotka pystyvät keräämään energiaa RF:stä.

RF-energiasignaali vastaanotetaan antennin kautta, joten antennin toimintataajuuden on oltava sama kuin vastaanotetun signaalin taajuus. Kun RF-signaali on vastaanotettu antennin kautta, sitä voidaan käyttää sekä RF-DC-muuntimissa että puhtaissa RF-sovelluksissa; RF-DC-muunnin muuntaa RF-signaalin DC-signaaliksi, jolloin saatu energia voidaan varastoida energian varastointilaitteeseen; energian varastointilaite voi tarjota energiaa RF-DC-muuntimille, RF-laitteille ja pienitehoisille sovelluksille.