Исследователи из Технологического института Джорджии обнаружили инновационный способ задействовать избыточную пропускную способность сетей 5G, превратив их в «беспроводную энергосистему» для питания устройств Интернета вещей (IoT), которым сегодня для работы требуются аккумуляторы.

Изобретатели из Технологического института Джорджии разработали гибкую систему выпрямляющей антенны (ректенны) на основе линзы 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.

Однако 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 далеко расположена 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.

Результаты исследования были опубликованы в выпуске журнала Scientific Reports от 12 января .

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 сможем получить большую антенну, которая работает на более высоких частотах и может принимать питание с любого направления. Она не зависит от направления сигнала, что делает ее намного более практичной», — отметил Джимми Хестер, старший советник лаборатории, технический директор и соучредитель Atheraxon, дочернего предприятия Технологического института Джорджии, разрабатывающего технологию радиочастотной идентификации (RFID) 5G.

В решении Georgia Tech вся электромагнитная энергия, собираемая антенными решетками с одного направления, объединяется и подается в один выпрямитель, что увеличивает 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.

Этот новый подход решает проблему компромисса между угловым охватом ректенны и чувствительностью при включении с помощью структуры, объединяющей уникальные методы сочетания 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 дверь для новых пассивных RFID-меток большого радиуса действия с питанием от 5G на миллиметровые волны 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 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. Это изобретение сможет заменить миллионы или десятки миллионов батарей беспроводных датчиков, особенно для умных городов и интеллектуальных сельскохозяйственных приложений», — сказал Эммануил (Манос) Тенцерис, Кен Байерс — профессор гибкой электроники в школе электротехники и вычислительной техники.

Тенцерис предсказывает, что следующим крупным приложением для телекоммуникационной отрасли станет технология Power as Service, точно так же, как данные вытеснили голосовые услуги в качестве основного источника дохода.

Исследовательская группа больше всего воодушевлена перспективой того, что поставщики услуг воспользуются этой технологией, чтобы предлагать электропитание 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 аккумуляция энергии работала в реальном мире, из-за ограничений FCC на выбросы энергии и «фокусировку», — сказала Хестер. «С появлением сетей 5G это действительно может работать, и мы продемонстрировали это. Это очень интересно — мы смогли избавиться от батарей».

По материалам: Techxplore