Беспроводная передача электропитания

ВЧ-передача мощности

Беспроводное электропитание устройств малой мощности

Количество устройств беспроводной связи растет с каждым годом, и к 2030 году данный показатель достигнет рубежа в 24 миллиарда. Функции этих устройств непрерывно совершенствуются, однако методы электропитания остаются традиционными. На сегодняшний день устройства нуждаются

  • в регулярной зарядке с помощью кабеля,
  • замене аккумуляторных батарей или
  • размещении на зарядном коврике.

Для всех этих трех методов требуется регулярное техническое обслуживание, что может стать трудоемкой и дорогостоящей процедурой для приложений с большим количеством устройств или устройствами, расположенными в труднодоступных местах.

Многообещающим решением этой задачи становится ВЧ-передача мощности. ВЧ-сигналы, которые традиционно применяются только для передачи данных, также способны переносить энергию по воздуху. Устройство с функциями ВЧ-передачи мощности может преобразовывать ВЧ-сигналы в сигнал постоянного тока для питания своей электрической схемы.

Беспроводная передача электропитания играет особенно важную роль в приложениях с применением большого количества беспроводных устройств малой мощности. Примеры таких приложений:

  • Датчики в «умных» зданиях и автономных транспортных средствах
  • Электронные ценники
  • Складские метки для отслеживания товаров
  • Маломощные устройства интернета вещей в технологических линиях и розничной торговле

Благодаря ВЧ-передаче мощности эти устройства получают электропитание во время работы и движения без необходимости вмешательства пользователей. Эта технология существенно снижает необходимость в принятии мер по поддержанию дееспособности устройств вручную, что повышает эффективность и сокращает расходы.

Как работает ВЧ-передача мощности?

Электропитание устройства может обеспечиваться посредством ВЧ-сигналов и антенны со встроенным выпрямителем. Антенна захватывает ВЧ-сигнал, а выпрямитель преобразует его в сигнал постоянного тока. Энергия постоянного тока может использоваться для непосредственного питания устройства либо сохраняться в батарее или суперконденсаторе для использования в будущем.

Выпрямитель, как правило, состоит из серии диодов, за которыми следует емкостной фильтр низких частот (ФНЧ). Выпрямитель представляет собой нелинейный элемент электрической схемы, поэтому его выходная мощность постоянного тока находится в нелинейной зависимости от входной мощности ВЧ-сигнала. Форма входного ВЧ-сигнала также оказывает влияние на выходную мощность постоянного тока. Например, сигналы с большим пик-фактором обеспечивают более высокую выходную мощность постоянного тока по сравнению с ВЧ-сигналами с постоянной огибающей. Это объясняется тем, что пики сигнала с большим пик-фактором более часто превышают напряжение включения диода, чем сигнал с постоянной огибающей, который имеет такую же среднюю ВЧ-мощность, но более низкую пиковую мощность.

ВЧ-стандарт от организации AirFuel Alliance

Стандарт определяет все операции между ВЧ-передатчиками и -приемниками, чтобы гарантировать функциональную совместимость устройств от различных производителей и способствовать развитию устройств на основе технологии ВЧ-передачи мощности.

Международная организация AirFuel Alliance как союз различных компаний занимается разработкой стандартов для ближнего (магнитный резонанс) и дальнего поля (беспроводная передача электропитания). Стандарт AirFuel Resonant для устройств на основе магнитного резонанса уже применяется в коммерческой продукции. В январе 2023 года была опубликована спецификация базовой ВЧ-системы AirFuel, и в настоящее время готовятся к публикации процедуры испытаний на функциональную совместимость и соответствие стандартам. Для сертификации по ВЧ-стандарту от организации AirFuel Alliance устройство должно соответствовать описываемым тестовым сценариям.

Будучи активным членом организации AirFuel Alliance, компания Rohde & Schwarz играет ключевую роль в развитии ВЧ-стандарта AirFuel. На основе нашего обширного опыта в производстве контрольно-измерительного оборудования мы вносим вклад в разработку отраслевых стандартов, формирующих будущее беспроводной передачи электропитания.

Ambient IoT от 3GPP

Международный консорциум 3GPP (3rd Generation Partnership Project) устанавливает стандарты в области мобильной связи. С учетом требований, предъявляемых к новым приложениям интернета вещей (например, безбатарейные устройства), в 3GPP была введена новая категория технологий — окружающий интернет вещей (Ambient IoT).

Количество соединений и плотность устройств в сети Ambient IoT может на несколько порядков превосходить показатели в имеющихся технологиях интернета вещей от 3GPP. В то же время сложность, возможности хранения энергии, энергопотребление и покрытие сети в Ambient IoT на несколько порядков ниже, чем в имеющихся энергоэффективных сетях дальнего радиуса действия (LPWAN) от 3GPP. Благодаря своему низкому энергопотреблению устройства Ambient IoT идеально подходят для электропитания посредством ВЧ-сигналов.

"Я выражаю благодарность компании Rohde & Schwarz за ее ведущую роль в разработке тестера беспроводной передачи мощности (WPT) для ВЧ-стандарта AirFuel. Используя тестер WPT, компании смогут проводить испытания и проверку на соответствие требованиям ВЧ-стандарта и ускорять процессы внедрения функционально совместимых решений для беспроводной передачи электропитания."
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

ВЧ-передача мощности в компании Rohde & Schwarz

Проект по разработке тестера беспроводной передачи мощности (WPT)

Проект по разработке тестера беспроводной передачи мощности (WPT) в компании Rohde & Schwarz направлен на создание комплексного решения для испытаний беспроводных передатчиков и приемников мощности. В рамках проекта проводятся испытания эффективности беспроводных приемников мощности с различными состояниями батареи. Также ведется работа над измерениями эффективности преобразования ВЧ-сигнала в постоянный ток для различных форм ВЧ-сигналов.

Кроме того, участники проекта проводят испытания на соответствие ВЧ-стандарту от организации AirFuel Alliance. С 2022 года компания Rohde & Schwarz принимает участие в ежегодной конференции-выставке WPTCE от IEEE, которая является крупнейшим международным мероприятием в области исследований и разработок беспроводных технологий передачи электропитания. В мае 2024 года компания Rohde & Schwarz представила ряд испытаний на соответствие стандарту AirFuel Alliance на выставке WPTCE в городе Киото, Япония.

Специалисты Rohde & Schwarz выступили с докладом по технологии ВЧ-передачи мощности на конгрессе Wireless Congress в 2023 году. Более подробная информация содержится в документе RF Wireless Power Transfer: A Study on the Power Transfer Efficiency of Different Waveforms and an Overview of the Standardization Efforts.

Если у появились вопросы, обратитесь к нам.

Пресс-релиз «Rohde & Schwarz способствует развитию ВЧ-стандарта AirFuel Alliance, представляя первый прототип тестера беспроводной передачи мощности»

Пресс-релиз «Rohde & Schwarz способствует развитию ВЧ-стандарта AirFuel Alliance, представляя первый прототип тестера беспроводной передачи мощности»

Компания Rohde & Schwarz продемонстрировала экспериментальную установку для испытаний систем ВЧ-передачи мощности дальнего поля на выставке WPTCE в японском городе Киото. Тестер беспроводной передачи мощности от Rohde & Schwarz использует контрольно-измерительное оборудование компании и имеющиеся на рынке комплекты для разработчиков беспроводных зарядных устройств. Он также включает в себя элементы автоматизации испытаний и удобный веб-интерфейс. Своей установкой компания Rohde & Schwarz вносит вклад в развитие ВЧ-стандарта от AirFuel Alliance.

Подписаться
Подпишитесь на нашу новостную рассылку

Оставайтесь в курсе событий в области беспроводной связи

Запросить информацию

У вас есть вопросы или вам нужна дополнительная информация? Просто заполните эту форму, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Ваш запрос отправлен. Мы свяжемся с вами в ближайшее время.
An error is occurred, please try it again later.