Карта сбора энергии рассматривает сети 5G как беспроводные электросети.

Фото: Christopher Moore, Georgia Tech

Электроника
Инструменты
Шрифты

Команда из Технологического института Джорджии только что анонсировала первую в мире: выпрямляющую антенну размером с игральную карту, напечатанную на 3D-принтере, которая может собирать электромагнитную энергию из сигналов 5G и использовать ее для питания устройств, превращая сети 5G в беспроводные электросети.

Благодаря беспроводной связи в воздух попадает много энергии, и за эти годы мы приложили немало усилий, чтобы собрать эту энергию. Сигналы Wi-Fi ближнего действия были целью нескольких проектов, телетрансляции и радиосигналы были в центре внимания других. Одно устройство даже надеется увеличить срок службы батареи смартфона на 30 процентов, просто собирая часть радиоволн, генерируемых самим телефоном.

Но связь 5G открывает совершенно новые возможности. «5G был разработан для молниеносной быстрой связи с малой задержкой», - говорится в последнем исследовании команды Технологического института Джорджии, опубликованном в рецензируемом журнале Scientific Reports. «Для этого были приняты частоты миллиметрового диапазона, и Федеральная комиссия связи США (FCC) допустила беспрецедентно высокую плотность излучаемой мощности. Не зная, что архитекторы 5G, тем самым, создали беспроводную электросеть, способную обеспечивать питание устройств на дальностях, намного превышающих возможности любых существующих технологии».

По словам исследователей, сбор энергии миллиметрового диапазона был возможен в течение некоторого времени, но во многих случаях это было непрактично, потому что сбор энергии на больших расстояниях, как правило, требует больших выпрямляющих антенн, и чем больше становятся эти выпрямляющие антенны, тем уже становится их поле зрения; вы должны держать ректенну направленной прямо на источник энергии волны, чтобы они работали.

Вы можете заменить миллионы или десятки миллионов батарей беспроводных датчиков, особенно для умных городов и умных сельскохозяйственных приложений.

Команда решила эту проблему с помощью компонента, называемого линзой Ротмана - остроконечной пластины в центре карты. Линзы Ротмана удобны в ряде приложений миллиметрового диапазона в качестве инструмента формирования луча, эффективно превращая один большой узкоугольный антенный луч с высоким коэффициентом усиления в серию одновременных антенных лучей, покрывающих гораздо более широкий угол. Например, они позволяют радиолокационным системам видеть цели в нескольких направлениях без необходимости поворачивать или перемещать сам радар.

Добавив линзу Ротмана к своей конструкции ректенны, команда говорит, что теперь у нее есть печатная гибкая система сбора энергии, которая не зависит от направления, получает энергию с любого направления и способна потреблять в 21 раз больше энергии, чем "упомянутый аналог», предлагая такое же угловое покрытие.

Исследователи Технологического института Джорджии Алин Эйд (в центре), Манос Тенцерис (слева) и Джимми Хестер (справа) разработали гибкую выпрямляющую антенную систему на основе линз Ротмана для сбора энергии 5G, которая может устранить зависимость мира от батарей для питания устройств. Фото: Christopher Moore, Georgia Tech

Мы все еще не говорили об огромных мощностях; Команда говорит, что должна быть возможность собирать около 6 микроватт на расстоянии около 180 метров от передатчика 5G. Но такой цифры будет более чем достаточно для питания ряда небольших датчиков и устройств, особенно в пространстве Интернета вещей, просто за счет сбора энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую. А тот факт, что новый дизайн ректенны пригоден для печати, гибок и хорошо работает даже в изогнутом состоянии, означает, что он может быть использован и в носимых устройствах.

«Я работаю над сбором энергии традиционным способом в течение как минимум шести лет, и большую часть этого времени мне не казалось, что есть ключ к тому, чтобы сбор энергии работал в реальном мире, из-за ограничений FCC на выбросы энергии и фокусировку», - сказал Джимми Хестер, старший советник лаборатории, технический директор и соучредитель Atheraxon, дочернего предприятия Технологического института Джорджии, разрабатывающего технологию 5G RFID. «С появлением сетей 5G это действительно может сработать, и мы продемонстрировали это. Это очень интересно - мы можем избавиться от батареек».

«Дело в том, что 5G будет везде, особенно в городских районах. Вы можете заменить миллионы или десятки миллионов батарей беспроводных датчиков, особенно для умных городов и интеллектуальных сельскохозяйственных приложений», - сказал Эммануил Тенцерис, профессор гибкой электроники Школы электротехники и вычислительной техники Технологического института Джорджии.

Точно так же, как данные обогнали голос и стали ключевым источником дохода для поставщиков телекоммуникационных услуг, Тенцерис предсказывает, что беспроводное питание по запросу станет следующим крупным предложением услуг в эпоху 5G. Вы можете посмотреть короткое видео от команды, которая провела исследование здесь.

Исследование открыто доступно в Scientific Reports.

Источник: New Atlas / Georgia Tech