RFエナジーハーベスティングがAI搭載ワイヤレスアプリケーションの拡大を推進

モバイルデバイスと接続システムの数が急増し続ける中、信頼性の高い継続的電力がクリティカルなボトルネックになっています。従来の電池をRFエナジーハーベスティングシステムに置き換えることで、多くの安全性と物流の問題を解消し、次世代のAI駆動テクノロジーを駆動できます。グローバル市場アナリストは、現代AIアルゴリズムのデータ需要によって主に牽引され、2020〜2025年にRF電力ソリューションの22% CAGRを予測しています。

なぜAIがRF電力へのシフトを促進するか

人工知能モデルはデータで育ち、受け取るデータが多ければ多いほど予測が向上します。ワイヤレス電力は、頻繁な電池交換や煩わしい有線接続なしで、AIセンサーとエッジデバイスをオンラインに保つ信頼できるエネルギー源を提供します。EE Times Europeとのインタビューで、PowercastのCEOチャーリー・ゲーツ氏は、IoT、先進運転支援システム（ADAS）、スマートシティインフラを、ワイヤレス電力の恩恵を受ける主要なAI中心セクターとして挙げました。

RFエナジーハーベスティング：常在するリソース

高周波信号は3kHz〜300GHzにわたり、Wi-Fiルーターから基地局まで、天候や地理に関わらず至る所で放出されています。これらの環境波を捕捉することで、受信アンテナが電圧を誘導し、キャパシタに蓄え、その後使用可能なDC電力に調整します。概念はシンプルですが、効率最大化は受信アンテナの設計と関連する電力調整回路にかかっています。

業界横断的な応用

産業オートメーション

工場ではセンサーが手の届きにくい、または危険な場所に配置されることが多々あります。従来の電池はリスキーな手動交換を必要とします。ワイヤレス給電センサーは「設置して忘れる」運用が可能で、機器健全性を監視し予防保全をトリガーするAIシステムへの途切れないデータストリームを確保します。

自律走行車

自動運転車は、周囲を解釈するためにレーダー、LiDAR、カメラのコンステレーションに依存します。各センサーを配線すると重量と複雑性が増します。RF電力センサーはこれらのケーブルを不要にし、車両の信頼性と安全性を向上させます。

スマートシティ

都市インフラ—信号機、公共Wi-Fi、環境モニター—は継続的な電力と接続性を必要とします。環境RFによるワイヤレス充電は密集センサーネットワークを支援し、交通管理、エネルギー配分、公共安全のためのリアルタイム分析を可能にします。

技術的基礎

受信電力は距離とともに減衰し、フリース伝送式で記述されます：

ここで、P_Tは送信電力、P_Rは受信電力、G_TとG_Rはアンテナ利得、λは波長、dは距離です。受信アンテナの設計—PCBにエッチングされるか専用コイルか—がハーベスティング効率に直接影響します。

図1はPowercastの900MHzパッチアンテナを示し、P2110評価キットに統合されています。
図1: P2110評価キットに含まれるPowercastのパッチアンテナ（900MHz）。

Powercastの実世界ソリューション

2021年、PowercastはBIGイノベーション賞を受賞しました。ワイヤレス給電RFID温度スキャンシステムで、ユーザーがRFIDリーダー近くに立つとその場で充電されるCOVID-19スクリーニングツールです。このシステムは温度センサー、RFIDリーダー、ディスプレイを組み合わせ、企業入口で即座の非接触健康チェックを提供します。

ゲーツ氏はアンテナ設計の重要性を説明します：「915MHzでは、至近距離でもわずか数ミリワットしか扱えません。したがって、実用的なユーザー体験を提供するには、綿密なアンテナチューニングとエネルギー管理が不可欠です。」

図2は、RFレシーバー、トランスミッター、アンテナ、チャージポンプボードを備えたP2110-EVAL-02評価キットを示します。
図2: P2110-EVAL-02評価キット。

50Ωのインピーダンスで、受信アンテナはデバイスの入力段とマッチし、収集電圧はチャージポンプで昇圧されDCに変換されます。Powercastの評価キットにより、開発者はRFハーベスティングの迅速なプロトタイピングとフィールドテストが可能です。

結論

RFエナジーハーベスティングは、AI駆動のワイヤレス給電エコシステムのバックボーンになる準備ができています。クリーンでメンテナンスフリーの電源を提供することで、産業オートメーション、自律走行車、スマートシティ導入がより高い信頼性と低い運用コストを達成できるよう支援します。

> この記事はもともと姉妹サイトのEE Times Europeで公開されました。