RFエネルギーハーベスティングは、AI主導のアプリケーションでますます重要な役割を果たしています

携帯電話やコンピュータなどのワイヤレスデバイスに対する需要の高まりは、世界中でワイヤレスアプリケーションの重要性を示しています。ただし、これらのデバイスには、継続的な電源供給または長いバッテリ寿命が必要です。安全性の問題でバッテリーの使用を制限するために、ワイヤレス電力を提供するRFエネルギーハーベスティングシステムは、2020年から2025年の間に22％の成長が見込まれるアプリケーション市場全体に利益をもたらす可能性があります。

この成長は多くの要因に起因する可能性がありますが、その主な推進力は人工知能（AI）です。 AIアルゴリズムは現在強力ですが、より効果的にするためには、ますます多くのデータが必要になります。そこで、ワイヤレスパワーが登場します。ワイヤレスパワーは信頼性が高く効率的であることが証明されており、AIがより良い意思決定を行うためにAIに給電するのに役立ちます。 EE Times Europe とのインタビューで 、PowercastのCEOであるCharlie Goetz氏は、IoT、ADAS、スマートシティは、ワイヤレス電力の実装と採用から最も恩恵を受ける可能性のあるAI関連の分野であると考えていると述べました。

RFは利用可能であり、時間、地理的制限、または気象条件に関係なく、いつでもどこでも非常に簡単に見つけることができます。通常、RFの範囲は3 kHz〜300GHzです。アイデアは、それらのRFエネルギー源を収集し、特定のアプリケーションで使用するためにそれらを保存することです。 RFエネルギーハーベスティングは多くのアプリケーションに大きなメリットをもたらしますが、このアプローチに必要な受信アンテナや電力調整回路などの主要コンポーネントに注意を払う必要があります。

ワイヤレス電力

予防保守と重大なシャットダウンのために感覚情報を必要とする産業環境は、ワイヤレス電力の恩恵を受けることができます。たとえば、製造施設には、アクセスが困難または危険な特定の領域があります。そのため、特定のセンサー（バッテリー）は交換できません。ワイヤレス電力で充電されるセンサーは、設定して忘れる精神を可能にし（つまり、電池を交換する必要がない）、AIへの情報の流れを中断することなく可能にします。

自動運転車もワイヤレス電力の恩恵を受けることができます。今日、自動運転車は、ソナー、レーダー、パターン認識を使用して環境と統合されています。より安全で信頼性の高いものにするために、車は環境を感知し、センサーを介して街灯や道路の黄色い線などの道路と通信する必要があります。ワイヤレスで電力を供給されるセンサーを使用すると、車は接続線にぶつかることなく環境内を通信できるため、より安全で信頼性の高い方法が実現します。

さらに先では、スマートシティの実現は、バッテリーやワイヤーではなく、AIとワイヤレスパワーで実現します。スマートシティが環境と通信するには、ワイヤレス電力と充電を実装する必要があります。

環境発電

無線周波数は、送信アンテナの近くを必要としますが、エネルギーハーベスティングのための豊富なソースです。 RFからのエネルギーハーベスティングの概念は新しいものではなく、プロセスは比較的単純です。電波がアンテナに当たると電位差が生じ、電界を均等化するためにアンテナの長さに沿って電荷キャリアが移動します。収穫回路は基本的にこの動きを捉えます。エネルギーはコンデンサに一時的に蓄えられ、負荷に必要な電位差を作り出すために使用されます。

RF充電技術は、いくつかの技術（Qi、PMA / AirFuel Alliance、WPCなど）を採用しており、それぞれにさまざまな充電方法と最大充電距離があります。私たちのルーターと携帯電話は、時間や距離によって変化する位置エネルギーを持つ空間の領域を作成します。そして、電位差が存在する場合は常に、電気を得る方法があります。

通信用のRF送信機は、通常、放射できる電力量に制約があります。さらに、特定の電波源について、Friis送信方程式によって予測されるように、受信アンテナの電力は距離とともに低下します。

どこ

P _T =送信電力
P _R =受信電力
G _T =送信機アンテナゲイン
G _R =受信機のアンテナゲイン
λ=波長
d =送信機と受信機の間の距離

受信アンテナの設計は、環境発電の効率を最大化する上で重要な役割を果たします。受信アンテナは、プリント回路基板にエッチングするか、タスク用に特別に設計された受信コイルコンポーネントとして利用できます（図1）。

図1：P2110評価キットに含まれているPowercastのパッチアンテナ（900 MHz）。

Powercastテクノロジー

2021年初頭、Powercastは、企業がCovid-をサポートして従業員の温度を簡単かつ安全に監視できる新しいワイヤレス駆動RFID温度スキャンシステムにより、ビジネスインテリジェンスグループが贈るBIGイノベーションアワード2021の受賞者に選ばれたことを発表しました。 19の監視プロトコル。

温度スキャンシステムは、温度センサー、RFIDリーダー、TVモニターで構成されています。ワイヤレステクノロジーを使用することにより、特許取得済みのPowercastエネルギーハーベスティングテクノロジーを使用して、会社の入り口にあるRFIDリーダーの近くにデバイスを置くと、デバイスはすばやく充電されます。従業員はスティックを使用して額をスキャンして体温を読み取り、モニターに自動的に表示される読み取り値に基づいて、入室を許可または拒否されます。

「アンテナの設計は非常に重要です。アンテナの設計は、特定の周波数（この場合は915 Mhz）に調整するのに役立ちます。 RFを扱っている場合、比較的近い距離であっても、最後には非常に少量の電力を扱っています。あなたは10ミリワットまたはおそらく数百ミリワットを扱っています。したがって、その収集と変換の背後にあるエネルギー管理は非常に重要である必要があります。アンテナとエネルギー管理は、適切なユーザーエクスペリエンスを実現し、実際に実際のソリューションを提供するために、協調して機能する必要があります」とGoetz氏は述べています。

図2：P2110-EVAL-02評価キット

受信アンテナのインピーダンスは50オームで、デバイスの他の部分の入力インピーダンスと一致している必要があります。次に、アンテナの近くで収集された電圧を、DCに変換できる電圧にする必要があります。これはチャージポンプを使用して行うことができます。チャージポンプは電圧を上げますが、明らかに総電力を上げることはできません。 Powercastは、企業がこのテクノロジーの可能性を探求するのに役立つ評価キットを提供しています。 P2110-EVAL-02には、RF受信機と送信機、アンテナ、および放出された電力を収集するための充電ボードが含まれています（図2）。

RFパワーハーベスティングは、可用性の向上とともに、ケーブル要件にメリットをもたらすだけでなく、環境条件や危険物から保護されるシステムも提供します。メッシュネットワークの場合、エンジニアはさまざまなアプリケーション向けにRFエネルギーハーベスティングと高度なデバイス間通信を組み合わせることができます。

>>この記事はもともと姉妹サイトであるEETimesEurope。