能源、电力

利用5G网络为物联网设备无线供电

将5G网络转变为用于需要电池运行的物联网(IoT)设备的无线电网,可能会在未来彻底消除它们。

Anne Wainscott-Sargent 2021年4月20日
礼貌:克里斯托弗·摩尔,佐治亚理工学院

研究人员在格鲁吉亚理工学院已揭示了一种创新的方法来利用5G网络的过容量,将它们转换为“无线电网”,以供电的电网(IOT)设备,今天需要电池运行。

佐治亚理工学院的发明者已经开发了一种柔性的罗特曼透镜整流天线(rectenna)系统,该系统首次能够在28 ghz频段捕获毫米波。(罗特曼透镜是波束形成网络的关键,在雷达监视系统中经常使用,可以在不移动天线系统的情况下看到多个方向的目标。)

但是为了收获足够的电源来提供长距离的低功耗器件,需要大的孔径天线。大天线的问题是它们具有缩小视野。如果天线广泛地从5G基站广泛地分散,则限制防止其操作。

“我们已经解决了只能从一个方向看的问题,这个系统有一个大的覆盖角度,”乔治亚理工学院ATHENA实验室的高级研究员艾琳·伊德说电子与计算机工程学院推进和开发用于电磁,无线,RF,毫米波和亚太赫兹应用的新技术。

与前几代蜂窝网络相比,FCC已授权5G将电力放在较密集的情况下。虽然今天为高带宽通信构建了5克,但高频网络拥有丰富的机会,以“收获”未使用的电源,以否则将被浪费。

进入5G高频功率

“有了这项创新,我们可以有一个大型天线,可以在更高的频率工作,可以从任何方向接收能量。Atheraxon的高级实验室顾问、首席技术官兼联合创始人吉米·赫斯特(Jimmy Hester)指出。Atheraxon是佐治亚理工学院(Georgia Tech)的衍生公司,正在开发5G射频识别(RFID)技术。

在佐治亚理工学院的解决方案中,天线阵列从一个方向收集的所有电磁能量被组合并馈入一个整流器,从而使其效率最大化。

“以前,人们曾尝试在24千兆赫或35千兆赫这样的高频频率下收集能量,”Eid说,但这种天线只有在能看到5G基站的情况下才能工作;在此之前,没有办法增加他们的报道角度。

运行就像光学镜头一样,旋转镜头以类似于蜘蛛的图案同时提供六个视野。调整镜片的形状导致梁端口侧上具有一个曲率角度的结构,另一个在天线侧上。这使得结构能够将一组选定的辐射方向映射到相关的一组波束端口。然后将透镜用作接收天线和整流器之间的中间组件,用于5G能量收集。

这种新颖的方法解决了整流天线角覆盖和打开灵敏度之间的权衡,其结构融合了独特的射频(RF)和直流(DC)组合技术,从而使系统具有高增益和大波束宽。

乔治亚州理工学雅典娜集团成员持有MM-Wave收割机的喷墨印刷原型。研究人员设想了一个未来,其中IOT设备将在5G网络上无线供电。礼貌:克里斯托弗·摩尔,佐治亚理工学院

乔治亚州理工学雅典娜集团成员持有MM-Wave收割机的喷墨印刷原型。研究人员设想了一个未来,其中IOT设备将在5G网络上无线供电。礼貌:克里斯托弗·摩尔,佐治亚理工学院

在演示中,佐治亚理工学院的技术与参考技术相比,在保持相同角度覆盖的情况下,收获功率提高了21倍。

这种强大的系统可能为新型无源、远程、毫米波5g射频识别(RFID)打开大门,用于可穿戴和无处不在的物联网应用。研究人员使用内部增材制造技术,将手掌大小的毫米波收割机打印在多种日常使用的柔性和刚性基底上。提供3D和喷墨打印选项将使系统更实惠,更广泛的用户、平台、频率和应用程序。

用无线充电替换电池

“事实是5G将到处都是,特别是在城市地区。您可以更换数百万或数百万的无线传感器电池,特别是对于智能城市和智能农业应用,“克根教授在柔性电子产品教授说:智能电子(Manos)Tentzers说电子与计算机工程学院

Tentzeris预测,作为服务的权力将是电信行业的下一个大应用程序,就像数据被超越语音服务一样作为一个主要的收入生产者。研究团队最兴奋的是,服务提供商拥有这种技术的服务提供商提供电力“在空中”,无需电池。

“I’ve been working on energy harvesting conventionally for at least six years, and for most of this time it didn’t seem like there was a key to make energy harvesting work in the real world, because of FCC limits on power emission and focalization,” Hester said. “With the advent of 5G networks, this could actually work and we’ve demonstrated it. That’s extremely exciting – we could get rid of batteries.”

-编辑Chris Vavra,网页内容经理,控制工程、CFE Media and Technology、cvavra@cfemedia.com


安妮Wainscott-Sargent
作者生物:安妮·威斯科特 - 乔治亚理工学院