Considerazioni di design nella raccolta di energia RF

Nell'aria sono presenti molte fonti di energia, la nostra moderna tecnologia RF trasmette milioni (se non miliardi) di watt nell'atmosfera attraverso vari modi. La raccolta di questa energia potrà essere impiegata per alimentare una moltitudine di sensori wireless e dispositivi di monitoraggio IoT.

Introduzione

Il concetto di power harvesting o energy harvesting è una tecnica per raccogliere energia dall'ambiente esterno utilizzando diversi metodi tra cui la conversione termoelettrica, l'eccitazione vibrazionale, la conversione dell'energia solare, i gradienti di pressione e i segnali RF. La raccolta di energia wireless RF offre un enorme potenziale per la sostituzione delle batterie o per aumentarne la durata. Attualmente, le batterie alimentano la maggior parte dei dispositivi come sensori a distanza a basso consumo. In effetti, le batterie hanno una durata limitata e richiedono sostituzioni periodiche. Applicando le tecnologie di energy harvesting, i dispositivi possono diventare autosufficienti, ottenendo così una durata operativa illimitata.

Le onde elettromagnetiche provengono da una varietà di fonti come stazioni satellitari, internet wireless, stazioni radio e trasmissioni multimediali digitali. Un sistema di raccolta dell'energia in radiofrequenza può catturare e convertire l'energia elettromagnetica in una tensione continua utilizzabile (CC). Le unità chiave di un sistema di raccolta di energia RF sono l'antenna e il circuito raddrizzatore che consente di convertire la potenza RF o la corrente alternata (AC) in un segnale CC. L'applicazione di questa tecnologia contribuirà a ridurre la dipendenza dalle batterie, che avrà infine un impatto positivo sull'ambiente. La figura 1 introduce la struttura di un sistema di raccolta di energia RF.

Figura 1: schema a blocchi di un sistema RF energy harvesting

 

Trasmissione RF

Comprendere le onde elettromagnetiche è importante per progettare un sistema RF di raccolta di energia. Il comportamento delle onde elettromagnetiche varia a seconda della distanza, della frequenza e dell'ambiente di lavoro. A seconda delle esigenze dell'applicazione, il progettista deve selezionare correttamente i parametri di design al fine di ottenere i migliori risultati. La perdita di potenza nello spazio (FSPL) è la perdita di potenza del segnale durante la propagazione nello spazio libero. Il calcolo dell'FSPL richiede informazioni sul guadagno dell'antenna, sulla frequenza dell'onda di trasmissione e sulla distanza tra il trasmettitore e il ricevitore. Il comportamento delle onde elettromagnetiche dipende dalla distanza dall'antenna trasmittente. Queste caratteristiche sono suddivise in due segmenti: campo lontano e campo vicino. Mentre il modello delle onde elettromagnetiche in campo lontano è relativamente uniforme, nel campo vicino i componenti elettrici e magnetici sono molto forti e indipendenti in modo tale che un componente possa dominare l'altro. La regione di campo vicino è considerata come lo spazio all'interno della distanza di Fraunhofer, mentre la regione di campo lontano si trova fuori dalla distanza di Fraunhofer (figura 2).  La distanza di Fraunhofer è legata al diametro D dell'antenna e alla lunghezza d'onda λ del segnale RF.

Figura 2: campo vicino e campo lontano

Per un'antenna trasmettitore-ricevitore nello spazio libero in campo lontano, la propagazione di [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 27 marzo 2018

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