همه چیز بسیار ساده به نظر می رسد و در نگاه اول بسیار منطقی است. ما در دنیایی زندگی می‌کنیم که با سیگنال‌های الکترونیکی-رادیو، تلویزیون، وای‌فای و سیگنال‌های تلفن همراه، آمیخته است. به لطف ظهور دستگاه های تلفن همراه، پوشیدنی ها و اینترنت اشیا (IoT)، یکی از محورهای اصلی تحقیق و توسعه در الکترونیک، توسعه برنامه هایی بوده است که با انرژی بسیار کمی کار می کنند.
چرا از یک آنتن کوچک برای گرفتن مقداری فرکانس رادیویی (RF) و تنظیم این سیستم ها استفاده نکنیم؟! دریافت یک میکرووات یا بیشتر و استفاده از آن برای شارژ آهسته باتری یا ابرخازن آسان خواهد بود. این انرژی فقط برای تامین انرژی یک دستگاه اینترنت اشیا کافی است که فقط باید هر چند وقت یکبار روشن شود، یک قرائت را ارسال کند و سپس دوباره به خواب برود و بعد از اینکه دستگاه IoT ما دوباره روشن شد، برداشت RF از سر گرفته می شود و مقدار زیادی انرژی ذخیره شده در انتظار بیداری بعدی است.
به هر حال، یک ایستگاه تلویزیونی مقدار زیادی RF را ساطع می کند. تنها بخش کوچکی از آن در مراحل آشکارساز از مجموع گیرنده‌های تلویزیونی که تنظیم شده‌اند، پراکنده می‌شود و استفاده از مابقی آن در مصارف دیگر ایده ی خوبی بنظر میرسد.
تکنیک های برداشت RF
استحصال انرژی RF با یک آنتن آغاز می شود. یک آنتن معین فقط می تواند به طور موثر توان تابش شده از یک بانک نزدیک از فرکانس ها را برداشت کند. یک مثال خوب برای شروع، تلویزیون UHF و VHF است. حتی در 500 مگاهرتز، یک دوقطبی 0.3 متر طول خواهد داشت. این یک زنگ خطر است چراکه مقدار نسبتاً زیادی از منابع برای استحصال مقدار کمی از توان، صرف می شود. علاوه بر این، آنتن باید در یک جهت مکانی خاص با توجه به آنتن فرستنده ایستگاه تلویزیون قرار گیرد و هر دوی این الزامات آن را برای یک دستگاه پوشیدنی غیرعملی می کند.
آنتن دریافت کننده دروگر، دارای امپدانس 50 اهم است که باید با امپدانس ورودی بقیه دستگاه مطابقت داشته باشد. سپس ولتاژ برداشت شده در آنتن باید به حداقل یک ولت افزایش یابد تا بتوان آن را به DC تبدیل کرد. این را می توان با آرایشی به نام پمپ شارژ انجام داد، که ولتاژ را افزایش می دهد اما این سیستم نیز نمی تواند کل توان RF را افزایش دهد.
تحقیق برداشت انرژی RF
مجموعه ای از آزمایشات جالب بر روی برداشت نیروی RF تولید شده توسط ایستگاه پخش تلویزیونی توکیو ژاپن که در فاصله 6.5 کیلومتری متمرکز است، صورت گرفته است. طرحواره پروژه به شرح زیر است:
این پروژه در موسسه فناوری جورجیا با همکاری محققان دانشگاه توکیو انجام شد. در این پیاده سازی، پمپ شارژ فوق الذکر در بلوک RF-DC قرار می گیرد.
نتایج مهم پروژه در نمودار بعدی خلاصه شده است. بلوک‌های سبز نشان‌دهنده میزان توان بر حسب میکرووات است که در فاصله 6.5 کیلومتری مربوطه توسط آنتن از انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرکانس‌های UHF مشخصه تلویزیون ژاپنی گرفته می‌شود. نوارهای آبی و قرمز نشان دهنده توان مورد نیاز برای شارژ ابرخازن ذکر شده در بلوک دیاگرام به ترتیب تا 1.8 ولت و 3.0 ولت است.
محدودیت های برداشت انرژی RF
حامیان استحصال از RF از راه دور برای دستگاه های IoT ، ادعا می کنند که این رویکرد برای تامین انرژی یک حسگر از راه دور در یک منطقه شهری مفید است. اما، همانطور که دیدیم، مشکلات بزرگی پیش روست:
از دیگر معایب و معضلات استحصال انرژی RF میتوان به شکل زیر اشاره کرد:
راه حل های برداشت انرژی RF
عملی بودن قدرت RF
بنابراین، به جز در موقعیتی که درحال طراحی اینترنت اشیا یا ابزارهای پوشیدنی برای استفاده در همان ساختمانی باشید که فرستنده تلویزیونی را در خود جای داده است، شواهد قوی گویای غیر عملی بودن بهره گیری از RF می باشد. از سوی دیگر، شرایطی وجود دارد که در آن استحصال توان RF از امواج رادیویی هدایت شده خاص، می تواند بطرز خوبی عملی باشد.
