Pozyskiwanie energii z fal elektromagnetycznych

Marzenie Nikoli Tesli o bezprzewodowym przesyłaniu energii na duże odległości zaczęło się urzeczywistniać. Fale elektromagnetyczne RF stają się alternatywnym źródłem energii zastępującym baterie w wielu zastosowaniach [4]. Pozyskiwanie energii w ten sposób już jest stosowane w różnych urządzeniach medycznych i związanych z opieką zdrowotną, które mają niski pobór mocy, zapewniając dzięki temu mobilność użytkowania.

Przetwarzanie zużytych baterii jest problemem krytycznym. Wiele baterii trafia na wysypiska, co prowadzi do zanieczyszczenia gruntu i wody. Najskuteczniejszym rozwiązaniem na zahamowanie tego zjawiska jest ograniczenie stosowania baterii. Postęp w integracji obwodów zbierających energię RF z technologią CMOS pozwala na konstrukcję urządzeń całkowicie bez baterii. Zastosowanie technologii RFH pomoże zmniejszyć uzależnienie od baterii, co ostatecznie będzie miało pozytywny wpływ na środowisko. Co więcej, proces wykorzystania energii elektromagnetycznej nie generuje odpadów, ponieważ jest czystym źródłem energii.

Produkty z wbudowaną technologią zasilania bezprzewodowego mogą być zabezpieczone przed warunkami środowiskowymi, takimi jak wilgoć i dostęp użytkownika. Ponadto można wyeliminować złącza i kable. W rezultacie można znacznie poprawić niezawodność i wydłużyć cykl życia produktu. W zasięgu odpowiedniego źródła RF ładowanie jest automatyczne i niewidoczne dla użytkownika końcowego, co zapewnia też większą wygodę użytkowania.

Propagacja fal elektromagnetycznych

Zachowanie fal elektromagnetycznych zależy w dużym stopniu od odległości od anteny nadawczej [4], dlatego istotny jest podział na dwa obszary: bliskiego i dalekiego pola. Podczas gdy wzór fali elektromagnetycznej w polu dalekim jest stosunkowo jednorodny, w polu bliskim elementy elektryczne i magnetyczne są bardzo silne i niezależne tak, że jeden element może dominować nad drugim. Obszar bliskiego pola jest uważany za przestrzeń, która leży do odległości Fraunhofera, a obszar dalekiego pola leży poza tą odległością. Rozkład obszarów bliskiego i dalekiego pola został pokazany na rysunku 1, gdzie D to maksymalny wymiar promiennika (lub średnica anteny), a λ to długość fali elektromagnetycznej.

Rysunek 1. Rozkład obszarów bliskiego i dalekiego pola w przestrzeni [4]

W małej odległości od anteny (pierwszy wzór na rysunku 1) znajduje się niepromieniujący/reaktywny obszar bliskiego pola, w którym pola E i H nie są w fazie i powodują zniekształcenie wypadkowej wartości energii. Dalej napotykamy promieniujące pole bliskie (obszar Fresnela), gdzie reaktywne zachowanie fal elektromagnetycznych nie jest dominujące, ale fazy pól E i H wciąż zmieniają się wraz z odległością. Zależność między falami elektrycznymi i magnetycznymi w polu bliskim zmienia się w nieprzewidywalny sposób w czasie i przestrzeni i jest zbyt skomplikowana do przewidzenia. Granica między regionami Fresnela i Fraunhofera to czterokrotność odległości Rayleya (wzór drugi na rysunku 1).

Korzystając z równania strat ścieżki, możliwe jest wskazanie mocy sygnału w obszarze pola dalekiego. Jednak trzeba uwzględnić także wpływ dodatkowych czynników wpływających na proces propagacji, takich jak odbicie, dyfrakcja, absorpcja itp. Dodatkowo trzeba uwzględnić czynniki pogodowe jak chmury, wiatr, mgła, śnieg i deszcz.

Jeśli pogoda jest mglista, deszczowa lub powietrze jest wilgotne to tłumienie fal EM wzrasta 40 razy więcej niż w słoneczny dzień.

Bezprzewodowy transfer energii

Istnieją dwie główne formy bezprzewodowego transferu energii (WPT - Wireless Power Transfer) [9]. Pierwszy polega na ścisłym sprzężeniu nadajnika i odbiornika poprzez wytworzenie między nimi pola elektrycznego lub magnetycznego, a następnie użycie go do przesyłania energii. Niektóre schematy przenoszenia mocy wykorzystują pole elektryczne do sprzężenia dwóch elektrod. Wiele innych, takich jak płyty indukcyjne, elektryczne szczoteczki do zębów i bezprzewodowe ładowarki do telefonów, wytwarza pole elektromagnetyczne w nadajniku, które powoduje indukowanie prądu elektrycznego w pobliskim odbiorniku i umożliwia jego działanie (ładowanie baterii).

Stosowanych jest kilka technologii ładowania, np. Qi (Wireless Power Consortium), z których każda oferuje różne metody ładowania i maksymalne odległości.

Rysunek 2. Różne typy systemów bezprzewodowego transferu energii WPT [7]

Drugim ważnym podejściem jest sprzężenie radiacyjne, które polega na kierowaniu wiązki energii, często w postaci fal radiowych o wysokiej częstotliwości, do odbiornika, który jest dobrze dostrojony do przechwytywania jak największej ilości tej energii.

Systemy WPT bliskiego pola przesyłają energię przy pomocy cewek indukcyjnych (rysunek 2a), podczas gdy systemy dalekiego pola do nadawania i odbierania energii wykorzystują anteny dookólne (rysunek 2b) lub matryce anten do formowania wiązki (rysunek 2c).

Rysunek 3. Tor pozyskiwania energii z fal elektromagnetycznych [4]

Na rysunku 3 został pokazany schemat blokowy toru pozyskiwania energii z fal elektromagnetycznych uzupełniony o wykaz problemów występujących na każdym etapie [4]. Kluczowymi elementami systemu pozyskiwania energii z fal o częstotliwości radiowej są obwody anteny i prostownika. Te bloki odpowiadają za przetwarzanie energii fal EM na energię prądu stałego. Dalsza część toru jest podobna dla wszystkich rozwiązań pozyskiwania energii, nie tylko z fal EM.

Odrobina historii

Radio kryształkowe

Jednym z pierwszych urządzeń, które korzystało z pozyskiwania energii z fal elektromagnetycznych z modulacją amplitudy, było radio kryształkowe z przełomu dziewiętnastego i dwudziestego wieku [5]. Występują w nim wszystkie potrzebne elementy: antena, układ dopasowania (i strojenia), element prostownika (kryształ) i odbiornik energii (słuchawki). Detektor kryształkowy był pierwszym elementem półprzewodnikowym stosowanym w technice. Do jego budowy był potrzebny kryształ półprzewodnika (stąd nazwa) - głównie naturalna galena. Kryształ galeny niezbyt pewnie pracował jako dioda, faktyczne złącze powstawało w miejscu styku cienkiego drucika stalowego z kryształem. Drucik osadzony był w manipulatorze umożliwiającym dotykanie nim do różnych miejsc na powierzchni kryształu w poszukiwaniu najbardziej czułych punktów (fotografia 1).

Fotografia 1. Szwedzkie radio kryształkowe z roku 1922 [5]

Zaletą układu kryształkowego była niezależność od zasilania - całą energię odbiornik czerpał z anteny, co było też wadą tego odbiornika - był mało czuły i mało selektywny oraz wymagał dużej anteny i dobrego uziemienia.

Rektenna

Specjalny rodzaj anteny odbiorczej, która służy jednocześnie do przetwarzania energii elektromagnetycznej na prąd stały [14] to rektenna, czyli antena prostownicza. Stosowane są one w bezprzewodowych systemach przesyłania energii za pomocą fal radiowych. Układ składa się z anteny dipolowej z połączoną diodą RF. Dioda prostuje prąd przemienny indukowany w antenie, aby wytworzyć prąd stały, który zasila obciążenie podłączone do diody. Duże układy składają się z matrycy takich elementów dipolowych. Rektenna została wynaleziona w 1964 roku i opatentowana w 1969 przez amerykańskiego inżyniera elektryka Williama C. Browna.

Fotografia 2. Model helikoptera zasilany mikrofalami z roku 1964 [14]

W 1964 roku wynalazca zademonstrował w wiadomościach CBS model helikoptera zasilanego mikrofalami 2,45 GHz (fotografia 2). Helikopter miał śmigło podłączone do anteny typu rektenna, która bezpośrednio przekształcała odbierane mikrofale na prąd stały.

Wielka Pieczęć

W roku 1946 delegacja radzieckich Pionierów podarowała ambasadorowi USA w Moskwie dwumetrową drewnianą replikę wielkiej pieczęci stanów zjednoczonych (fotografia 3) [13]. Ambasador zawiesił pieczęć w swoim gabinecie na ścianie koło biurka. Eksperci ocenili, że nie ma czego się bać. Wprawdzie znaleziono wzbudzający pewne podejrzenia drucik, ale ponieważ przebiegał w miejscu spojenia drewnianych płyt, to na pewno nie mógł pozwalać na podsłuch. Jednak potem okazało się, że Sowieci wiedzieli wszystko o rozmowach ambasadora w gabinecie.

Fotografia 3. „The Great Seal bug” z roku 1946 (dziś w zbiorach NSA) [13]

Dopiero w 1952 roku Peter Wright, z brytyjskiego MI5, w odbiorniku kryształkowym usłyszał rozmowę z gabinetu w rezydencji ambasadora. Odkryto, że pieczęć zawiera mikrofon z wnęką rezonansową i sprzężoną pojemnościowo antenę. Wymiary wnęki były dobrane tak, aby pracowała przy bardzo wysokiej częstotliwości - w zakresie 1650...1800 MHz. Podczas pracy była na nią kierowana silna wiązka radiowa z zewnątrz. Każdy dźwięk w pomieszczeniu (mowa) powodował drgania membrany, co zmniejsza i zwiększa przestrzeń wewnątrz wnęki, a także pojemność. W rezultacie układ generował sygnał radiowy będący kombinacją modulacji amplitudy (AM) i modulacji częstotliwości (FM). W praktyce Rosjanie używali tylko komponentu AM. Układ podsłuchu skonstruował Lew Termen (Leon Termion), twórca elektronicznego instrumentu muzycznego Termen z roku 1919, gdzie do grania wystarczyły ruchy rąk w powietrzu.

Triumfem układu Wielkiej Pieczęci była jego prostota. Nie miał własnego zasilacza, żadnych przewodów, które można by było znaleźć, ani baterii, która mogłyby się zużyć. Radiowy sygnał pobudzający nadawany był z furgonetki zaparkowanej w pobliżu budynku. Jego wykrycie zawdzięczamy również pasywnemu układowi radiowemu.

Zarządzanie energią

Drugim najważniejszym elementem systemu pozyskiwania energii jest układ scalony do zarządzania energią - PMIC (Power Management Integrated Circuit). Wiele firm produkuje własne układy PMIC przeznaczone dla pozyskiwania energii RF, ale szczegóły wewnętrzne układów scalonych udostępnia tylko firma e-peas.

Układ AEM30330 firmy E-peas

Nazwa firmy „E-peas” (e-groszek) to skrót od Electronic Portable Energy Autonomous Systems [7]. Firma E-peas opracowała rodzinę układów o nazwie AEM (Ambient Energy Managers). Zarządzają one pozyskiwaną energią dostarczaną do elementu magazynującego i ostatecznie do urządzenia o niskiej mocy. Układy AEM charakteryzują się niskimi stratami i umożliwiają pozyskiwanie energii z różnych źródeł, przede wszystkim dla urządzeń IoT.

Do pozyskiwania energii ze źródeł RF firma E-peas opracowała (w roku 2018) parę urządzeń półprzewodnikowych AEM30940 oraz AEM40940 [7]. Układ AEM30940 do przetwarzania wejściowego napięcia przemiennego wymaga zastosowania zewnętrznego prostownika. Umożliwia to pozyskiwanie energii z takich źródeł, jak generator piezo (wibracja), mikro turbina oraz RF. Układ AEM40940 jest przeznaczony do pozyskiwania energii tylko z fal RF i posiada wewnętrzny układ prostowniczy bardzo niskiej mocy. Sposób działania obu układów jest właściwie taki sam. Układy zostały opisane artykule [9].

Rysunek 4. Schemat blokowy układu AEM30330 firmy E-peas [15]

Nowy układ firmy E-peas, zaoferowany w połowie roku 2021, należący do trzeciej generacji - AEM30330 [15], charakteryzuje się znacznym postępem w stosunku do poprzednich generacji. Jest przeznaczony do pozyskiwania energii z sygnału elektromagnetycznego (RF) oraz energii wibracyjnej (piezo). Wejściowy sygnał DC jest dołączony do wyprowadzenia SRC (rysunek 4). W przypadku sygnału RF wymagany jest zewnętrzny układ dopasowania anteny i prostownik. Obsługę wejścia zapewnia moduł śledzenia maksymalnego punktu mocy MPPT (Maximum Power Point Tracking) oraz moduł sterowania zimnym startem. Gdy napięcie wejściowe przekroczy 275 mV a moc 3 μW (zimny start) to układ wchodzi w stan WAKE-UP. Teraz układ pracuje w bardzo dużym zakresie napięcia wejściowego - od 100 mV do 4,5 V. Układ można skonfigurować z różnymi napięciami elementu magazynującego energię (od 1,50 V do 4,35 V), do pracy z pojedynczym lub podwójnym superkondensatorem, akumulatorami, np.: Li-Ion, LiFePO4, Ni-MH, NGK Ni-Cd, Tadiran TLI1020A oraz HLC1020. Układ zawiera balanser zapewniający wyrównanie napięcia na dwóch szeregowo połączonych superkondensatorach. Konfigurowanie wyjścia pozwala ustawić napięcie wyjściowe na jedną z wartości: 1,20; 1,61; 1,79; 2,5; 3,28 V.

Układ integruje wszystkie elementy aktywne potrzebne do zasilania typowego modułu czujnikowego IoT. Wystarczy dołączyć trzy kondensatory i jeden dławik. Do wyprowadzenia STO musi być dołączony akumulator lub kondensator o pojemności minimum 100 μF. W przeciwnym wypadku układ może zostać zniszczony. Kondensator na wyjściu LOAD (min 40 μF) redukuje poziom tętnień oraz poprawia pracę przy obciążeniach impulsowych.

Układ AEM30330 jest dostarczany w obudowie QFN40 z zakresem temperatur roboczych od -40°C do 125°C. Wersja o oznaczeniu AEM30300 jest uproszczonym rozwiązaniem (w obudowie QFN28) bez wyprowadzenia LOAD i z bardzo zbliżonymi możliwościami funkcjonalnymi oraz parametrami pracy.

Układ jest kompatybilny z układem AEM10330 do pozyskiwania energii ze źródeł fotowoltaicznych. Właściwie jedyna różnica dotyczy parametrów pracy automatyki MPPT - zmiana parametrów czasowych dwóch ustawień. Dokładny opis budowy i działania układu AEM10330 oraz zestawu ewaluacyjnego (kompatybilnego) jest zamieszczony w artykule „Zestaw ewaluacyjny EVK10330 pozyskiwania energii słonecznej” (w tym samym numerze EP).

Zestawy ewaluacyjne

E-peas oferuje zestawy ewaluacyjne przeznaczone do pozyskiwania energii z układami serii AEM. Dla układu AEM30330 jest przeznaczona płytka EVK30330 [7]. W październiku 2021 firma Energous wprowadziła zestaw deweloperski WattUP 1W do aktywnego zbierania energii, który umożliwia ładowanie wielu urządzeń IoT za pomocą bezprzewodowego ładowania na odległość. Konstrukcja bazuje na układzie AEM30940 firmy E-peas [3]. Zestaw deweloperski jest dostarczany z nadajnikiem oraz co najmniej jednym odbiornikiem.

Systemy pozyskiwania energii z fal elektromagnetycznych

„Zasilanie bezprzewodowe” to jeden z najczęściej używanych i nadużywanych terminów powiązanych z najnowocześniejszymi technologiami [2]. Aby uzyskać Real Wireless Power potrzebujemy systemu, który charakteryzuje się następującymi cechami:

• wydajność - moc musi być skoncentrowana, musi tylko, lub w większości, trafiać bezpośrednio do wybranych urządzeń, aby zapewnić wymaganą wydajność;
• ukierunkowanie - zasilanie powinno być dostarczane tylko do wybranego urządzenia, a nie do wszystkich urządzeń w pobliżu;
• mobilność - musi umożliwiać przemieszczanie się, gdy zasilanie jest dostarczane. Nie powinno występować odłączanie się od źródła zasilania;
• dowolne umiejscowienie - nie powinno wymagać umieszczenia odbiornika w polu widzenia nadajnika zasilania. Zasilanie powinno być uzyskiwane, podobnie jak w przypadku korzystania z Wi-Fi, bez wiedzy, gdzie znajduje się koncentrator Wi-Fi;
• bezpieczeństwo - zasilanie bezprzewodowe powinno być na tym samym poziomie bezpieczeństwa co Wi-Fi i Bluetooth.

Technologia Smart RF Lensing firmy GuRu Wireless

Większość dostępnych produktów do ładowania bezprzewodowego opiera się na otwartym standardzie ładowania bezprzewodowego Qi opracowanym przez WPC (Wireless Power Consortium). W tym standardzie cewki zasilania wbudowane w ładowarkę bezprzewodową muszą być wyrównane z urządzeniem, aby mogło się ładować.

Nowatorskie podejście firmy GuRu Wireless wykorzystuje wiązki fal radiowych o wysokiej częstotliwości - to samo pasmo częstotliwości co używane przez 5G, do bezprzewodowego ładowania urządzeń [10]. Platforma firmy inteligentnie kieruje sygnały radiowe do urządzeń z małą płytką drukowaną, zwaną jednostką odzyskiwania, która informuje o swojej obecności generator prądu i wysyła informacje o tym, gdzie znajduje się urządzenie i ile energii potrzebuje. Główna różnica między technologią Smart RF Lensing firmy GuRu a standardową technologią ładowania bezprzewodowego polega na tym, że GuRu selektywnie wysyła energię do bardzo małego miejsca, czasami nawet lokalizując energię w obrębie jednego lub dwóch cali wokół urządzenia na biurku, albo stacjonarnego lub mobilnego urządzenia w pokoju. GuRu kontroluje technologię fal milimetrowych za pomocą szeregu algorytmów do indywidualnego sterowania dużą matrycą nadajników do lokalizacji fal. Dzięki technologii Smart Lensing, można zlokalizować i wskazać energię dokładnie tam, gdzie jej potrzeba.

W maju 2021 Motorola ogłosiła inicjatywę wyposażenia niektórych smartfonów nowej generacji w funkcje ładowania bezprzewodowego. Motorola zamierza stosować opatentowaną przez GuRu technologię, aby stworzyć pierwszą generację smartfonów zdolnych do bezprzewodowego odbioru mocy w odległości do metra od nadajnika bezprzewodowego [10].

Fotografia 4. Inteligentna metka z technologią ładowania bezprzewodowego Cota [2]

Rozwiązania firmy Powercast

Pionierem i liderem technologii bezprzewodowego ładowania dalekiego zasięgu, wykorzystującej energię RF zamienianą na prąd stały jest Powercast [6]. Od 2003 roku firma dostarcza rozwiązania łączące nadajniki i chipy odbiorcze (46 patentów), umożliwiające automatyczne, bezprzewodowe ładowanie wielu urządzeń, bez mat ładujących lub bezpośredniej linii wzroku. Ta technologia zdalnego ładowania zachowuje się jak sieć Wi-Fi, w której włączone urządzenia ładują się automatycznie, gdy znajdują się w zasięgu nadajnika mocy. Inteligentny, konfigurowalny i kontrolowany układ, może automatycznie aktywować się, gdy urządzenia wymagają ładowania i wyłączać się, gdy skończą pracę, lub może dostarczać zasilanie w sposób ciągły. Firma oferuje szeroki zestaw komponentów:

• Układy scalone:
  • układ PCC110 (obudowa SC-70) w połączeniu z komponentami dostrajającymi i anteną, może pozyskiwać energię z fal RF o częstotliwościach od 10 MHz do 6 GHz i mocy w zakresie od -18 dBm do +2 dBM ze sprawnością do 75% [6];
  • układ PCC114 ma te same parametry lecz mniejszą obudowę 1×0,6×0,3 mm i jest wersją przeznaczoną do zastosowań wbudowanych, takich jak karty inteligentne lub aparaty słuchowe;
  • układ PCC210 (obudowa SOT23-6) zawiera przetwornik podwyższający DC/DC - pracuje od napięcia 0,4 V na wejściu, ze sprawnością do 95% i dostarcza napięcie do 5,5 V i prąd do 50 mA.
• Moduły odbiorcze - są łatwe w integracji i są zalecane w przypadku projektów o małej skali produkcji oraz wymagających nieskomplikowanego wdrożenia [6]. Moduły zawierają wszystkie pasujące komponenty do odbioru bezprzewodowego zasilania RF w pasmie 850...950 MHz, z optymalizacją także dla 915 MHz:
  • moduł P111B (obudowa 0,55×0,43×0,091 cala) pracuje z sygnałem radiowym o mocy od -5 do +20 dBm i dostarcza napięcia w zakresie 1,8 do 4,2 V, ze sprawnością do 70%;
  • moduł P211B zawiera przetwornik RF/DC (energia magazynowana w kondensatorze) oraz dodatkowo przetwornik podwyższający DC/DC dostarczający regulowane napięcie od 2 do 5,5 V (3,3 V typ.) i prąd do 275 mA (0 dBm) ze sprawnością 85%. Układ pracuje dla mocy radiowej od -12 do +10 dBm. Całkowita wydajność RF-DC może osiągnąć 55%. Jednak moduł ten działa tylko wtedy, gdy moc wejściowa RF przekracza -11 dBm, co jest dość wysokim poziomem w porównaniu z minimalną czułością WLAN (w zakresie od -88 dBm do -65 dBm). Dlatego urządzenie do zbierania energii RF musi być umieszczone w pobliżu źródła energii RF, co znacznie ogranicza zastosowania takiego pozyskiwania energii. Weźmy na przykład nadajnik, którego moc wypromieniowanego sygnału wynosi 60 W (47,8 dBm), wtedy w odległości 100 m moc padająca wynosi tylko 4,2 μW (−23,8 dBm). Jednak, gdy Powercast P2110-EVB znajduje się blisko telefonu komórkowego, który jest źródłem energii zapewniającym 250 mW, wtedy w odległości 15 cm siła padającego sygnału RF może osiągnąć 7,9 mW (9 dBm). Maksymalna moc, jaką telefony komórkowe mogą transmitować w paśmie częstotliwości 900 MHz, wynosi 2 W, ale średnia moc transmitowana przez telefon jest zwykle niższa niż jedna ósma tej maksymalnej wartości, tj. 0,25 W.
• Nadajniki - źródłem zasilania modułów odbiorczych może być, zatwierdzony przez FCC w roku 2010, nadajnik Powercaster o mocy 3 W, który działa na odległość do 80 stóp [6]. Nadajnik stosuje modulację DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) do modulacji mocy i kluczowanie z przesunięciem amplitudy (ASK) dla przesyłania danych, a także zawiera zintegrowaną antenę kierunkową 6 dBi z 70-stopniową charakterystyką wiązki. Mniejszy nadajnik PowerSpot do elektroniki użytkowej może być samodzielną ładowarką, lub może być wbudowany w inne produkty konsumenckie.
• Zestawy uruchomieniowe - Powercast oferuje różne zestawy ewaluacyjne przeznaczone do pracy w pasmie 915 MHz [6]. Podstawowe zestawy zawierają odbiornik RF (z różnymi układami), anteny i zmontowaną płytkę drukowaną. Duże zestawy zawierają nadajnik RF, płytkę odbiornika RF, anteny i (niektóre) moduł radiowy lub zegarkowy. Ciekawą propozycją jest detektor energii radiowej PS915 RF z zakresu 902...928 MHz. Energia uzyskiwana z anteny dipolowej przez układy firmowe jest przekazywana do diody LED. Można nim optycznie sprawdzić polaryzację fali oraz jej poziom mocy.
• Bezbateryjne monitorowanie temperatury - Powercast został zwycięzcą nagrody BIG Innovation Awards 2021 przyznanej przez Business Intelligence Group w kategorii Inicjatywa Roku na rzecz Zrównoważonego Rozwoju za nowy, zasilany bezprzewodowo system skanowania temperatury RFID [6]. System umożliwia firmom łatwe i bezpieczne monitorowanie temperatury pracowników w celu wsparcia protokołów monitorowania COVID-19. System skanowania temperatury składa się z zasilanego bezprzewodowo pilota do skanowania temperatury dla każdego pracownika, czytnika RFID i monitora telewizyjnego. Pracownicy otrzymują spersonalizowany wystarczająco mały breloczek. Brelok szybko się ładuje, gdy jest umieszczany w pobliżu czytnika RFID przy wejściu do firmy, korzystając z technologii pozyskiwania energii firmy Powercast. Pracownicy skanują własne czoło za pomocą breloka, aby odczytać swoją temperaturę. W zależności od odczytu, która automatycznie pojawia się na monitorze, mogą wejść lub mają odmowę wstępu.

Technologia Cota firmy Ossia

Nowe podejście do zasilania bezprzewodowego opracowała firma Ossia [2]. Ich technologia - Cota Real Wireless Power, dostarczania energii w sposób bezprzewodowy (Over the Air - OTA) za pomocą wiązek RF 2,4 lub 5,8 GHz. System jest w stanie dostarczać znaczące ilości energii do urządzeń oddalonych o wiele metrów, bez narażania pobliskich użytkowników na niebezpieczne poziomy energii fal elektromagnetycznych. Większość systemów innych firm przesyła moc z różnym stopniem wydajności, ale nie ma pewności, że mechanizmy bezpieczeństwa pozwalają na uniknięcie narażenia użytkowników. Technologia Cota jest zgodna z częścią 15. i 18. Federalnej Komisji Łączności (FCC). Technologia Cota ma wyjątkową, zdolność do przenoszenia mocy z jednoczesnym unikaniem ludzi i zwierząt. Jako pierwsza tego rodzaju spełnia normy bezpieczeństwa FCC w dynamicznym środowisku.

System Cota to pierwszy certyfikowany system (w USA, EU i UK), który nie wymaga czujnika ruchu ani strefy wykluczenia. To znaczy, że jest to jedyny bezprzewodowy system zasilania certyfikowany jako bezpieczny w użyciu, gdy w obszarze ładowania obecne są żywe organizmy. Ma najwyższy poziom mocy częstotliwości radiowych, co oznacza, że urządzenia będą otrzymywały znaczące ilości energii, ale dopuszczalny dla certyfikowanego systemu. To bardzo istotne, ponieważ inne systemy bezprzewodowego zasilania „dużego zasięgu”, w tym GuRu i Powercast, przesyłają energię przy transmisji z zachowaniem linii wzroku (bez zasłaniania), a wartości mocy są wystarczająco duże, aby to powodowało niepokój użytkownika.

Technologia Cota wykorzystuje niektóre właściwości efektu bliskiego pola, aby zwiększyć odległość, na jaką system może przesyłać wystarczającą moc. W polu bliskim zachowanie sygnału można modelować za pomocą szeregu nieskończonego, którego człony powodują, że wartość natężenia pola zmniejsza się wolniej wraz z odległością, niż przewidywałby prostszy model pola dalekiego. Obszar bliskiego pola nadajnika może zostać zwiększony przez zastosowanie większej matrycy lub wyższej częstotliwości. Pole bliskie obecnej jednostki demonstracyjnej systemu Cota 2,4 GHz, który ma układ anten 60×60 cm, rozciąga się do 5,7 m. Pole bliskie systemu 5,8 GHz (o tych samych wymiarach) rozszerza się prawie 2,5 razy dalej (12 do 13 m). System Cota 5,8 GHz może dostarczyć od 2 do 3 W do odbiornika w odległości jednego metra od nadajnika, 1 W na dwa metry i od 10 do 50 mW na 10 metrów.

Chociaż nie jest to całkowicie dokładne, to można określić podejście firmy Ossia do zasilania bezprzewodowego jako „Holografia RF” [16]. Cota jest jedyną technologią, która może wykorzystywać ścieżki odbić, umożliwiając dostarczanie energii poza zasięgiem wzroku. Może dostarczać zasilanie bez konieczności bezpośredniej widoczności pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Gdy linia wzroku jest zasłonięta, system zastosuje inne ścieżki odbicia, które będą (z definicji) dłuższe niż linia wzroku. Cota wykorzystuje wszystkie dostępne ścieżki (bezpośrednie i odbicia), aby dostarczyć maksymalną moc do odbiornika. Dobre omówienie tego rozwiązania zawiera materiał wideo: Electronic design with Hatem Zeine and Lee Goldberg” [16]. Jeden z poglądowych rysunków powstających w trakcie prezentacji jest pokazany na rysunku 5.

Rysunek 5. Sposób pracy technologii Cota [16]

Technologia Cota działa w następujący sposób:

• odbiornik (Rx) ma co najmniej jedną antenę dostosowaną do częstotliwości zasilania, a nadajnik (Tx) ma setki anten spolaryzowanych zarówno poziomo, jak i pionowo (zwykle 250+). Wszystkie anteny w systemie są urządzeniami nadawczo-odbiorczymi (mają funkcję nadajnika i odbiornika);
• urządzenie odbiorcze wysyła sygnał nawigacyjny - beacon, krótki (dziesiątki mikrosekund), sygnał o małej mocy (około 5 mW), zawierający identyfikator urządzenia;
• sygnał nawigacyjny jest rozpraszany po całym otoczeniu, odbijając i załamując się, a część sygnału dociera do setek anten nadajnika Tx (w linii widzenia lub innych), gdy wszystkie anteny są w trybie wykrywania fazy;
• w trybie wysyłania energii, każda antena emituje sygnał sprzężony zespolony wykrytej fazy - czyli negatyw wykrytej fazy. Spowoduje to powstanie sygnału, który wróci do odbiornika Rx, wykorzystując każdą możliwą dostępną ścieżkę, a dokładnie te same ścieżki, które wyznaczył sygnał beacon. Ten krok prawie nie wymaga obliczeń, co oznacza, że może być wykonany przez własny lokalny układ anteny w czasie krótszym niż 1 μs. Zmniejsza to złożoność systemu, zapewniając jednocześnie niezawodność. Różne ścieżki obierane przez wsteczne sygnały mocy dodają się (tj. docierają do urządzenia odbiorczego w fazie ze sobą) tak, że dostarczana jest maksymalna możliwa moc;
• sygnał nawigacyjny jest powtarzany w odpowiednich odstępach czasu (co 100 ms), aby zapewnić, że urządzenie na bieżąco aktualizuje fazy w macierzy Tx, tak aby moc zawsze była skoncentrowana na urządzeniu odbiorczym.

Udowodniono matematycznie, że technika kierunku wstecznego pozwala na osiągnięcie najwyższego możliwego połączenia między dowolnymi dwoma zestawami anten (maksymalny transfer mocy). Żadna inna technika, taka jak formowanie wiązki, algorytm genetyczny lub sztuczna inteligencja, nie może osiągnąć więcej [16].

System Cota firmy Ossia składa się ze stacji bazowej (nadajnika mocy) i jednego lub więcej zdalnych odbiorników mocy. Stacja bazowa zawiera dużą liczbę elementów nadawczo-odbiorczych, które zwykle są wyłączone i transmitują tylko w odpowiedzi na żądanie w postaci sygnału beacon, generowanego przez odbiornik mocy wbudowany w urządzenie klienckie. Nadajnik mocy Cota wykorzystuje czystą nośną (fala ciągła lub CW) do bezprzewodowej transmisji mocy. Sygnał nawigacyjny odbiornika zawiera numer identyfikacyjny urządzenia oraz inne informacje o kliencie, takie jak wymagania dotyczące zasilania i stan naładowania. Odbiornik wykorzystuje wysokosprawne diody prostownicze do konwersji sygnału RF na prąd stały. Po konwersji, regulatory buck/boost są używane do zapewnienia stabilnego, niskoszumowego zasilania prądem stałym do akumulatora lub urządzenia.

Technologia Cota jest bezpieczna i wydajna podczas jej działania, uwzględniając otoczenie i lokalizację urządzeń odbiorczych Cota, które są zasilane. Dzięki możliwości zdalnego zasilania urządzenia przez technologię Cota, nie jest wymagane skanowanie ani triangulacja. Komponenty Cota mogą bezproblemowo zasilać urządzenia w ruchu i w różnych środowiskach. Wbudowana inteligencja technologii Cota zapewnia, że zasilanie nie jest przesyłane, dopóki urządzenia nie znajdą się w zasięgu. Gdy urządzenie odbierające energię jest całkowicie naładowane lub gdy urządzenie nie są ładowane, nadajnik zasilania albo jest w stanie uśpienia/hibernacji, albo zasila dziesiątki innych małych urządzeń bezprzewodowych, które mogą wymagać ładowania, takich jak piloty, zegary, klawiatury, czujniki dymu, itd.

Fotografia 5. Moduł EN7410M firmy Energous [3]

Firma Ossia opracowuje inteligentną metkę z ceną, która pozwala sprzedawcy aktualizować informacje o cenie i produkcie za pomocą tego samego kanału bezprzewodowego, który utrzymuje naładowane baterie (fotografia 5). Każdy nadajnik może obsługiwać 1000 lub więcej takich urządzeń o niskim poborze mocy.

Technologia WattUp firmy Energous

Energous Corporation (członek AirFuel Alliance) jest liderem nowej generacji bezprzewodowego zasilania i bezprzewodowego ładowania Wireless Charging 2.0 [3]. Wielokrotnie nagradzana technologia WattUp jest skalowalną technologią opartą na częstotliwości radiowej, która umożliwia zarówno bezprzewodowe ładowanie kontaktowe, jak i bezprzewodowe ładowanie dla małych urządzeń elektronicznych. WattUp przesyła moc przez inne pasma niż Wi-Fi lub Bluetooth nie powodując zakłóceń.

Rysunek 6. Schemat blokowy układu DA2210 firmy Dialog Semiconductor [18]

Układy w technologii WattUp są produkowane w partnerstwie strategicznym przez firmę Dialog Semiconductor (obecnie odział firmy Renesas) na licencji firmy Energous [18]. Kluczowe komponenty to:

• Układy DA2210 i DA2223 - są wyposażone w cztery ścieżki odbiorcze RF-DC, co umożliwia podłączenie od 1 do 4 anten w zależności od wymaganej mocy i dostępnej anteny (rysunek 6). Anteny mogą być na tyle małe, że mieszczą się w wewnątrz usznych aparatów słuchowych. Zarówno DA2210, jak i DA2223 posiadają zewnętrzne dopasowanie wejścia RF dla większej elastyczności i wydajności konwersji RF do DC. Wyjścia DC układu mają ograniczniki napięcia wyjściowego. Układ DA2223 ma połączone razem po dwa wyjścia DC oraz mniejszą obudowę 1,69×1,39×0,5 mm;
• Układ DA4100 - to wysoce zintegrowany nadajnik RF, zaprojektowany w celu zapewnienia optymalnego ładowania. Wyposażony jest w rozwiązanie do zarządzania energią. Układ zawiera procesor ARM Cortex, pamięć RAM, ROM, oscylator kwarcowy, zegar, konwerter RF i wzmacniacz o zmiennym wzmocnieniu;
• Układ DA3210 - to wysokowydajny wzmacniacz mocy RF wysokiej mocy (1 W maks.), który został zaprojektowany po to, aby razem z bezprzewodowym nadajnikiem mocy DA4100, zapewnić optymalne ładowanie urządzeń odbiorczych WattUp. Zawiera detektory mocy wejściowej i wyjściowej, co umożliwia sterowanie mocą w pętli zamkniętej, oraz zintegrowany czujnik temperatury;
• Firma Energous zaprojektowała także moduł EN7410M, który łączy w sobie nadajnik DA4100 firmy Dialog oraz wzmacniacz mocy DA3210 RF (fotografia 5). Układy są połączone szeregowo z filtrem harmonicznych, aby zapobiec niepożądanym zniekształceniom;

System Near Field WattUp firmy Dialog Semiconductor składa się z bezprzewodowego nadajnika mocy WattUp (DA4100), bezprzewodowego wzmacniacza mocy WattUp (DA3210), bezprzewodowego odbiornika mocy WattUp (DA2210 lub DA2223), regulatora DC, akumulatora Li-Ion/Li-Poly i ładowarki (rysunek 7) [18].

Rysunek 7. System Near Field WattUp firmy Dialog Semiconductor [18]

Opcjonalnie zawiera łącze komunikacyjne BLE (DA14680, DA14681 lub DA14585), które realizuje monitorowanie stanu baterii między odbiornikiem WattUp a nadajnikiem. To samo łącze może służyć do zapewnienia użytkownikowi pełnych możliwości zarządzania energią za pomocą aplikacji WattUp działającej na smartfonie lub tablecie. Anteny są produkowane z taniego materiału PCB, elastycznego PCB lub metalu.

Firma Energous udostępnia kilka zestawów deweloperskich [3]. Zestaw Smart Glasses Developer Kit do inteligentnych okularów zapewnia producentom zestaw narzędzi i zasobów. Po stronie odbiornika chipset zawiera układ DA2223 RX optymalizowany dla akumulatora 0,5 C (20 mA) oraz układ DA14585 BLE (optymalizowany SoC ultra niskiej mocy). Podobnie wygląda zestaw deweloperski do aparatów słuchowych.

Bardzo ciekawe są zestawy WattUp 1/5.5W Active Energy Harvesting Developer Kit zawierające po stronie odbiorczej układy scalone AEM30940 firmy E-peas, co umożliwia bezpośrednie ładowanie superkondensatorów lub akumulatorów litowych.

Firma Energous nawiązuje ścisłą współpracę także z innymi firmami. W lutym 2021 Energous nawiązała partnerstwo z firmą Thin Film Electronics w celu uproszczenia integracji technologii WattUp i technologii półprzewodnikowej mikrobaterii litowej Thinfilm, w zastosowaniach wrażliwych na czynniki kształtu. W czerwcu 2021 Energous nawiązała współpracę z firmą Atmosic Technologies, co pozwoliło połączyć technologię bezprzewodowego ładowania WattUp z chipsetem Atmosic z serii M3. Innowacyjne technologie Atmosic Lowest Power Radio, On-demand Wake Up i Controlled Energy Harvesting mają na celu umożliwienie układom serii M3, z obsługą standardu Bluetooth 5, wieczną żywotność baterii.

W maju 2021 zestaw WattUp PowerHub otrzymał europejskie zatwierdzenie regulacyjne. We wrześniu FCC wydał zgodę na rozszerzenie strefy ładowania w technologii WattUp do 1 metra. W październiku FCC wydał zgodę na użytkowanie aparatu słuchowego Primo W firmy NewSound z zastosowaniem technologii WattUp.

Platforma „Sensing as a Service” firmy Williot

Od momentu powstania w 2017 roku startup Wiliot projektuje układy Bluetooth, które byłyby na tyle małe, aby dały się na czymkolwiek przyczepić, i na tyle tanie, aby traktować je jako produkt jednorazowego użytku [9]. IoT Pixels firmy Wiliot to samozasilająca się niskoenergetyczna bezprzewodowa jednostka mikrokontrolera (MCU) Bluetooth, która oferuje możliwość wykrywania, obliczania i komunikacji [8]. Zawiera jednostkę zarządzania zasilaniem, kilka interfejsów czujników, mechanizm bezpieczeństwa i nieulotną pamięć do programowania i konfiguracji. Wykorzystuje tanie, szybkie procesy produkcyjne, dzięki czemu obniża koszty. Chip jest wytwarzany przy użyciu tych samych narzędzi i procesów, co znaczniki wysokiej częstotliwości (HF) i ultrawysokiej częstotliwości (UHF). IoT Pixels, w połączeniu z platformą opartą na chmurze może zapewnić podstawowe funkcje wykrywania w czasie rzeczywistym, takie jak pomiar temperatury i wilgotności, wykrywanie manipulacji i ruchu, monitorowanie szybkości wypełniania i wiele innych. Chipy wysyłają zaszyfrowane i uwierzytelnione pakiety bezprzewodowo, podczas gdy chmura zapewnia deszyfrowanie, uwierzytelnianie, kontrolę dostępu i przetwarzanie inteligentnych czujników. Natomiast algorytm ML oparty na chmurze Wiliot tłumaczy surowe informacje sensoryczne na odpowiednie domeny fizyczne, takie jak zmiana temperatury czy pobudzenie/ruch.

Rysunek 8. Znaczniki IoT Pixels firmy Wiliot [8]

Platforma Wiliot’s Sensing as a Service to zwycięzca konkursu Low-Cost Food Traceability Challenge Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) na tanie lub bezkosztowe śledzenie żywności. Znaczniki IoT Pixels mogą być wykonane w postaci cienkich, przypominających znaczki etykiet i są na tyle małe, że można je nanosić na etykiety fiolek ze szczepionkami (rysunek 8).

Obecnie Wiliot licencjonuje swoją technologię IoT Pixel innym firmom, w tym głównym dostawcom tagów RFID, takim jak Avery Dennison. Te firmy mogą wytwarzać piksele IoT na tych samych maszynach, których używają do produkcji tagów RFID. W październiku 2021 firma Wiliot nawiązała partnerstwo z firmą Energous i zintegrowała technologię aktywnego pozyskiwania energii Energous WattUp 1W jako nową opcję zasilania tagów Wiliot IoT Pixel.

Innowacje

Innowacje będą odgrywać wiodącą rolę w stymulowaniu rozwoju. Co ciekawe, większość firm z dziedziny pozyskiwania energii zaczynała jako startupy badawcze. Ostatnie interesujące osiągnięcia z tej dziedziny są owocem prac instytucji naukowych i badawczych.

Grafen

Warstwa atomów węgla o grubości jednego atomu ułożona w dwuwymiarową sześciokątną siatkę to Grafen [1]. Jest więc najcieńszym znanym materiałem, a jednocześnie niesamowicie wytrzymałym (około 200 razy mocniejszym niż stal). Jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności oraz posiada ciekawe właściwości pochłaniania światła. Zespół z Materials Research Laboratory w Massachusetts Institute of Technology (MIT) wymyślił sposób na zebranie energii RF, od mikrofal do pasma terahercowego [1]. Odkryli, że łącząc grafen z innym materiałem - w tym przypadku azotkiem boru, elektrony w grafenie powinny skręcać swój ruch we wspólnym kierunku, powodując w ten sposób przepływ prądu. Daje to alternatywne podejście do prostowania prądu, które wykorzystuje wewnętrzne właściwości elektronowe kryształów kwantowych bez użycia złączy półprzewodnikowych. Zespół badawczy zaproponował prostownik terahercowy składający się z małego kwadratu grafenu umieszczonego na wierzchu warstwy azotku boru. Może być umieszczony w antenie, która zbiera i koncentruje promieniowanie terahercowe z otoczenia, wzmacniając sygnał na tyle, aby przekształcić go w prąd stały. Naukowcy współpracują z fizykami eksperymentalnymi z MIT, aby opracować fizyczne urządzenie na bazie tych założeń.

System antenowy z soczewką Rotmana dla pasma 28 GHz

Naukowcy z laboratorium ATHENA Georgia Institute of Technology pokazali na początku roku 2021 innowacyjny sposób wykorzystania nadmiernej przepustowości sieci 5G, przekształcając je w bezprzewodową sieć energetyczną do zasilania urządzeń Internetu rzeczy [12]. Powodem, dla którego systemy 5G mogą dostarczać tę energię, jest zezwolenie na wyższy poziom mocy 5G w porównaniu z poprzednimi generacjami sieci bezprzewodowych.

Do odbioru energii RF została zastosowana macierz antenowa składająca się z ośmiu podmacierzy, każda z pięciu szeregowo połączonych elementów antenowych zapewniających działanie wyśrodkowane na częstotliwość 28,55 GHz. W tej konfiguracji wybrano sześć wiązek, co daje kąt pokrycia 120°. Soczewka Rotmana jest następnie używana jako element pośredni między antenami odbiorczymi a prostownikami do zbierania energii 5G. To nowatorskie podejście rozwiązuje kwestię kompromisu między pokryciem kątowym a czułością. Dzięki temu rozwiązaniu cała energia elektromagnetyczna zebrana przez tablice antenowe z jednego kierunku jest łączona i przekazywana do jednego prostownika, co maksymalizuje jego wydajność. Taka topologia jest optymalna, gdy pojedyncze, dominujące źródło mocy naświetla tę konstrukcję z określonego kierunku. Jako prostownik zostały zastosowane diody Schottky’ego Macom (MA4E2038). Projekt został wydrukowany na elastycznym podłożu z polimeru ciekłokrystalicznego (kapton o grubości 125 μm), wielkości karty do gry 5,5×8,7 cm, pokrytego miedzią przy użyciu techniki maskowania metodą druku atramentowego, a następnie trawienia (widok na zdjęciu tytułowym) [12]. Badania wykazały doskonałe działanie karty w warunkach zginania wypukłego i wklęsłego.

Badania karty dla oświetlenia promieniowaniem padającym ok. -6 dBm cm^-2 (EIRP około 54 dBm) zdolność dostarczenia napięcia wyjściowego na poziomie ok. 10 mV (bez obciążenia) z odległości 2,83 m. Przy nadajniku emitującym dopuszczalne dla 5G 75 dBm EIRP (ok. 7,8 μW cm^-2), teoretyczny maksymalny zasięg zbierania mógłby zostać rozszerzony poza 180 m.

Dioda wsteczna na nanodrutach

Japońska Agencja Naukowo-Techniczna (JST), Fujitsu Limited i Tokyo Metropolitan University opracowały bardzo czuły element prostowniczy w postaci diody wstecznej na nanodrutach (nanowire), która może przekształcać mikrofale o małej mocy w energię elektryczną [11]. W przeciwieństwie do konwencjonalnych diod Schottky’ego, diody wsteczne mają stromo nachyloną charakterystykę prostowniczą z zerową polaryzacją. Na półprzewodnikowym podłożu powstały niezwykle cienkie nanodruty o szerokości około jednej tysięcznej włosa (rysunek 9).

Rysunek 9. Przekrój poprzeczny diody wstecznej na nanodrutach i nanokryształach [11]

Udało się wyhodować kryształy w nanokryształach o średnicy 150 nm. Diody działały dla napięcie sygnału wejściowego od 0,1 do 10 μV dla częstotliwości 2,4 GHz. Dla dopasowanej impedancji uzyskano czułość napięciową diody 700 kV/W. W paśmie częstotliwości mikrofal 2,4 GHz, które jest obecnie używane w 4G LTE i Wi-Fi, osiągnięto poziom czułości 11 razy większy niż w przypadku konwencjonalnej diody barierowej Schottky’ego.

Nowa technologia może umożliwić konwersję mikrofal emitowanych do otoczenia ze stacji bazowych telefonii komórkowej na obszarze ponad 10 razy większym niż było to możliwe dotychczas (co pokrywa 10% obszaru, w którym możliwa jest komunikacja przez telefon komórkowy).

Standaryzacja

AirFuel Alliance (rysunek 10) to globalna koalicja firm, które są zaangażowane w rozwój świata, w którym możemy zasilać się bez podłączania prądu [17]. W pracach biorą udział wiodące firmy, takie jak Energous, Ossia, Powercast. Organizacja opracowuje standardy dla najnowocześniejszych bezprzewodowych technologii zasilania i przyspiesza ich przyjęcie. AirFuel Resonant to dwuwymiarowe ładowanie powierzchniowe będące bezpośrednim ulepszeniem technologii indukcyjnych pierwszej generacji, do zapewniania ładowania bez wyrównania telefonów komórkowych, laptopów, miejsc pracy i nie tylko. Standard AirFuel Resonant wykorzystuje technologię rezonansu magnetycznego do jednoczesnego zasilania wielu urządzeń z prędkością odpowiadającą ładowaniu przewodowemu, bez konieczności precyzyjnego umieszczania na powierzchni ładowania. Standard rezonansu magnetycznego AirFuel działa w paśmie ISM o częstotliwości 6,78 MHz, z mocą dostarczaną w zakresie 100 mW...300 W.

Rysunek 10. Logo AirFuel Alliance

AirFuel RF emituje fale o częstotliwości radiowej do bezprzewodowego przesyłania energii na odległości od kilku centymetrów do kilku metrów, zapewniając prawdziwą swobodę przestrzenną. Fale RF ułatwiają ładowanie 3D lub wolumetryczne, znane również jako niesprzężone. Technologia RF może być zintegrowana z najmniejszymi urządzeniami elektronicznymi, takimi jak urządzenia do noszenia, aparaty słuchowe i czujniki IoT.

Podsumowanie

Pozyskiwanie energii z fal elekromagnetycznych nie jest łatwym zagadnieniem. Na przykład - firmę E-peas utworzyły w roku 2014 (po 10 latach badań) dwie osoby w Belgii (jedna z nich studiowała w ramach programu Erazmus na Politechnice Warszawskiej). W roku 2016 powstał pierwszy układ scalony. Dopiero po wsparciu finansowym w roku 2018 powstały następne cztery układy. Od roku 2019 firma zdobywa nagrody za innowacyjność oraz kolejne dofinansowanie. Rozmach dało dopiero otworzenie biur w Szwajcarii i Kaliforni oraz ogólnoświatowa dystrybucja kompletnego portfolio za pośrednictwem dystrybutorów elektroniki - Mouser Electronics i DigiKey.

Olbrzymią zaletą nowych układów firmy E-peas jest możliwość konfigurowania pracy z użyciem tylko zworek, bez konieczności stosowania i doboru rezystorów. W celu minimalizowania poboru mocy takie rezystory mają bardzo duże oporności (w MΩ). Powoduje to duże problemy z upływnościami po powierzchni płytki drukowanej z powodu pozostałości lutowania lub wilgotności powietrza. A tym samym, ze zmianą parametrów pracy układu scalonego.

Podobnie długą drogę przeszła, utworzona w roku 2003, firma Powercast. Pierwszy produkt wprowadziła do dystrybucji dopiero w roku 2010. Obecnie firmy przechodzą od sprzedaży elementów (cewki, anteny, układy scalone) w kierunku kompletnych układów SoC i modułów bezprzewodowego zasilania. Potrzebne jest jednak rozwiązanie/specyfikacja bezprzewodowego zasilania, która mogłaby stać się standardem branżowym.

Czy to wszystkie sposoby pozyskiwania energii RF? Na satelitach NASA serii CubeSat energia jest pozyskiwana z plazmy elektrotermicznej w pasmie 13,8 MHz z mocą 15 W. Jednak jest to zagadnienie na oddzielny artykuł.

Henryk A. Kowalski
Instytut Informatyki
Politechnika Warszawska