Coleta de energia de RF encontra um papel crescente em aplicativos orientados a IA

A crescente demanda por dispositivos sem fio, como telefones celulares e computadores, mostra a importância dos aplicativos sem fio em todo o mundo. Esses dispositivos, no entanto, requerem fonte de alimentação contínua ou longa vida útil da bateria. Para limitar o uso de baterias por questões de segurança, um sistema de coleta de energia de RF para fornecer energia sem fio pode beneficiar todo o mercado de aplicativos, que deve crescer 22% entre 2020 e 2025.

Esse crescimento pode ser atribuído a muitos fatores, mas seu principal motivador é a inteligência artificial (IA). Embora os algoritmos de IA sejam fortes agora, eles exigem cada vez mais dados para serem mais eficazes. E é aí que entra a energia sem fio. A energia sem fio tem se mostrado confiável e eficiente e pode ajudar a alimentar a IA para ajudá-la a tomar melhores decisões. Em entrevista ao EE Times Europe , Charlie Goetz, CEO da Powercast, disse acreditar que IoT, ADAS e cidades inteligentes são várias áreas relacionadas à IA que poderiam se beneficiar mais com a implementação e adoção de energia sem fio.

A RF está disponível e pode ser encontrada facilmente em qualquer lugar e a qualquer hora, independentemente do horário, limites geográficos ou condições meteorológicas. Normalmente, RF varia de 3 kHz a 300 GHz. A ideia é colher essas fontes de energia RF e armazená-las para uso em certas aplicações. A coleta de energia de RF oferece benefícios significativos para muitas aplicações, mas requer atenção cuidadosa aos componentes principais, incluindo a antena do receptor e os circuitos de condicionamento de energia necessários para essa abordagem.

Energia sem fio

Qualquer ambiente industrial que requeira informações sensoriais para manutenção preventiva e desligamentos críticos pode se beneficiar da energia sem fio. Por exemplo, uma instalação de manufatura tem certas áreas de difícil acesso ou perigosas. Por esse motivo, alguns sensores (suas baterias) não podem ser trocados. Sensores que são carregados por energia sem fio permitem uma mentalidade de definir e esquecer (ou seja, você não precisa trocar as baterias), o que permite o fluxo ininterrupto de informações para a IA.

Os veículos autônomos também podem se beneficiar muito com a energia sem fio. Hoje, os carros autônomos se integram ao ambiente por meio de sonar, radar e reconhecimento de padrões. Para se tornarem mais seguros e confiáveis, os carros precisam sentir seu ambiente e se comunicar com a estrada:um poste de luz, as linhas amarelas da estrada, etc., por meio de sensores. Com sensores alimentados sem fio, os carros também podem se comunicar através do ambiente sem esbarrar nos fios de conexão, resultando em uma maneira mais segura e confiável.

Mais adiante, a capacitação de cidades inteligentes não ocorrerá com baterias e fios, mas com IA e energia sem fio. Para que as cidades inteligentes se comuniquem com seu ambiente, é necessário implementar energia e carregamento sem fio.

Coleta de energia

A radiofrequência é uma fonte abundante de captação de energia, embora exija a proximidade de uma antena transmissora. O conceito de captação de energia de RF não é novo e o processo é relativamente simples. As ondas de rádio atingem uma antena e causam uma diferença de potencial que move os portadores de carga ao longo do comprimento da antena em uma tentativa de equalizar o campo. O circuito de colheita captura basicamente esse movimento. A energia é armazenada temporariamente em um capacitor e então usada para criar uma diferença de potencial desejada na carga.

A tecnologia de carregamento RF emprega várias tecnologias (Qi, PMA / AirFuel Alliance, WPC, etc.), cada uma com vários métodos de carregamento e distâncias máximas de carregamento. Nossos roteadores, bem como telefones celulares, criam regiões do espaço com energias potenciais que variam com o tempo e / ou distância. E onde quer que exista uma diferença de potencial, sempre há uma maneira de obter eletricidade.

Os transmissores de RF para comunicações são normalmente limitados na quantidade de energia que podem irradiar. Além disso, para uma determinada fonte de rádio, a potência na antena receptora cai com a distância, conforme previsto pela equação de transmissão Friis:


onde

P _T =potência transmitida
P _R =potência recebida
G _T =ganho da antena do transmissor
G _R =ganho da antena do receptor
λ =comprimento de onda
d =distância entre o transmissor e o receptor

O projeto da antena receptora desempenha um papel crítico na maximização da eficiência da captação de energia. As antenas receptoras podem ser gravadas em placas de circuito impresso ou disponíveis como componentes de bobinas receptoras especificamente projetadas para a tarefa (figura 1).

Figura 1:Antena patch Powercast (900 MHz) incluída no kit de avaliação P2110.

Tecnologia Powercast

No início de 2021, a Powercast anunciou que foi nomeada a vencedora do BIG Innovation Awards 2021, apresentado pelo Business Intelligence Group por seu novo sistema de varredura de temperatura RFID alimentado por wireless, que permite às empresas monitorar com facilidade e segurança as temperaturas dos funcionários em apoio à Covid- 19 protocolos de monitoramento.

O sistema de varredura de temperatura consiste em um sensor de temperatura, um leitor RFID e um monitor de TV. Ao usar a tecnologia sem fio, o dispositivo carrega rapidamente quando colocado perto de um leitor RFID na entrada da empresa, usando a tecnologia patenteada de coleta de energia Powercast. Os funcionários fazem a varredura de sua testa usando o stick para ler sua temperatura e têm permissão ou proibição de entrada com base na leitura, que aparece automaticamente no monitor.

“O desenho da antena é muito importante, serve para nos sintonizar a uma determinada frequência que no nosso caso é de 915 Mhz. Quando você está lidando com RF, está lidando com quantidades muito pequenas de potência no final, mesmo em um alcance relativamente próximo. Você está lidando com 10 ou talvez centenas de miliwatts. Portanto, o gerenciamento de energia por trás dessa coleta e conversão deve ser extremamente importante. O gerenciamento de antena e energia deve trabalhar harmoniosamente para obter a experiência correta do usuário e realmente fornecer soluções reais ”, disse Goetz.

Figura 2:Kit de avaliação P2110-EVAL-02

A antena receptora tem uma impedância de 50 ohms, que deve corresponder à impedância de entrada do resto do dispositivo. A tensão coletada nas proximidades da antena deve então ser levada a uma tensão onde possa ser convertida em CC. Isso pode ser feito usando uma bomba de carga, o que aumenta a tensão, mas obviamente não pode aumentar a potência total. A Powercast oferece um kit de avaliação para ajudar as empresas a explorar as possibilidades dessa tecnologia. O P2110-EVAL-02 inclui um receptor e transmissor RF, uma antena e uma placa de carga para coletar a energia emitida (figura 2).

Junto com sua disponibilidade crescente, a coleta de energia de RF não beneficia apenas os requisitos de cabeamento, mas também oferece um sistema que é protegido de condições ambientais e materiais perigosos. Para redes mesh, os engenheiros podem combinar coleta de energia de RF com comunicações sofisticadas de dispositivo a dispositivo para uma variedade de aplicações.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.