Изобретатели из Технологического института Джорджии разработали гибкую систему выпрямляющей антенны (ректенны) на основе линз Ротмана, которая впервые способна собирать миллиметровые волны в диапазоне 28 ГГц. (Линза Ротмана является ключевой для сетей формирования луча и часто используется в системах радиолокационного наблюдения, чтобы видеть цели в нескольких направлениях без физического перемещения антенной системы.)
Но чтобы собрать достаточно энергии для питания маломощных устройств на больших расстояниях, требуются антенны с большой апертурой.
Проблема с большими антеннами в том, что у них сужается поле зрения. Это ограничение препятствует их работе, если антенна широко разнесена от базовой станции 5G.
«Мы решили проблему возможности смотреть только с одного направления с помощью системы, которая имеет широкий угол обзора», – сказала старший научный сотрудник Алин Эйд из лаборатории ATHENA, созданной в Школе электротехники и компьютерной инженерии Джорджии. и разрабатывать новые технологии для электромагнитных, беспроводных, радиочастотных, миллиметровых и суб-терагерцовых диапазонов.
Результаты были опубликованы в январе.12 номер журнала Scientific Reports.
FCC разрешила 5G фокусировать мощность гораздо более плотно по сравнению с предыдущими поколениями сотовых сетей. В то время как сегодняшний 5G был создан для связи с высокой пропускной способностью, высокочастотная сеть предоставляет широкие возможности для «сбора» неиспользованной энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую.
Подключение к высокочастотной мощности 5G
«Благодаря этому нововведению мы можем получить большую антенну, которая работает на более высоких частотах и может принимать энергию с любого направления. Он не зависит от направления, что делает его намного более практичным ", – отметил Джимми Хестер, старший советник лаборатории и технический директор и соучредитель Atheraxon, дочернего предприятия Технологического института Джорджии, разрабатывающего технологию радиочастотной идентификации (RFID) 5G.
С помощью решения Georgia Tech вся электромагнитная энергия, собираемая антенными решетками с одного направления, объединяется и подается в один выпрямитель, что максимизирует его эффективность.
«Люди уже пытались собирать энергию на высоких частотах, таких как 24 или 35 гигагерц, прежде», – сказал Ид, но такие антенны работали только в том случае, если они находились в прямой видимости от базовой станции 5G; до сих пор не было возможности увеличить угол обзора.
Работая так же, как оптическая линза, линза Ротмана обеспечивает одновременно шесть полей зрения в форме паука.
Изменение формы линзы приводит к конструкции с одним углом кривизны на стороне порта луча и другим на стороне антенны. Это позволяет структуре сопоставлять набор выбранных направлений излучения с соответствующим набором портов луча.
Затем линза используется в качестве промежуточного компонента между приемными антеннами и выпрямителями для сбора энергии 5G.
Этот новый подход решает проблему компромисса между угловым охватом ректенны и чувствительностью при включении с помощью структуры, объединяющей уникальные методы комбинирования радиочастот (RF) и постоянного тока (DC), что позволяет создать систему как с высоким коэффициентом усиления, так и с большой шириной луча.
На демонстрациях технология Технологического института Джорджии достигла 21-кратного увеличения собираемой мощности по сравнению с упомянутым аналогом при сохранении идентичного углового покрытия.
Эта надежная система может открыть двери для новых пассивных RFID-меток дальнего действия с питанием от 5G миллиметрового диапазона для носимых и повсеместных приложений IoT.
Исследователи использовали собственное аддитивное производство для печати харвестеров миллиметрового диапазона размером с ладонь на множестве повседневных гибких и жестких подложек. Возможность 3D-печати и струйной печати сделает систему более доступной и доступной для широкого круга пользователей, платформ, частот и приложений.
Замена батарей с помощью беспроводной зарядки
"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 (Манос) Тенцерис, профессор Кена Байерса по гибкой электронике в Школе электротехники и компьютерной инженерии.
Тенцерис прогнозирует, что следующим крупным приложением для телекоммуникационной отрасли станет Power as a service, так же как данные вытеснили голосовые сервисы в качестве основного источника дохода.
Исследовательская группа очень воодушевлена перспективой того, что поставщики услуг воспользуются этой технологией, чтобы предлагать питание по запросу «по воздуху», устраняя необходимость в батареях.
«Я занимаюсь традиционным сбором энергии как минимум шесть лет, и большую часть этого времени не было похоже, что есть ключ к тому, чтобы сбор энергии работал в реальном мире, из-за ограничений FCC на выбросы энергии и фокусировка ", – сказала Хестер. «С появлением сетей 5G это действительно могло работать, и мы продемонстрировали это. Это очень интересно – мы можем избавиться от батареек."