射频能量收集允许在医疗应用中使用无线电源

手机、电脑等无线设备越来越多地出现在我们的日常生活中，向我们展示了无线应用的重要性。无线设备只能依靠持续供电或长电池寿命来使用。射频能量收集系统可以帮助限制电池的使用，从而改善安全条件，还可以为整个应用市场提供优势。

这种增长可以归因于许多因素，但其主要驱动力是人工智能。虽然人工智能算法现在很强大，但它们需要越来越多的数据才能最有效。这就是无线电源的用武之地。无线电源已被证明是可靠和高效的，它可以帮助人工智能做出更好的决策。在接受 EE Times 采访时，Powercast 首席执行官 Charlie Goetz 认为物联网、ADAS 和智慧城市是与人工智能相关的许多领域，它们可以从无线电力的实施和采用中受益最大。

无论时间、地理限制或天气条件如何，在任何地点和任何时间都可以很容易地找到射频。通常，RF 范围为 3 kHz 至 300 GHz。这个想法是收集这些射频能量源并将它们存储起来以供我们在某些应用中使用。RF 能量收集为许多应用提供了显着优势，但需要仔细注意关键组件，包括此方法所需的接收器天线和功率调节电路。

无线电源

任何需要感官信息以进行预防性维护和关键停机的工业环境都可以从无线电力中受益。例如，制造工厂可能有某些难以到达或进入危险的区域。因此，某些传感器（它们的电池）无法更换。在这种情况下，由无线电源充电的传感器允许设置和忘记的心态（这意味着您不需要更换电池）。作为回报，这允许将不间断的信息输入人工智能。

自动驾驶汽车也可以从无线电力中受益匪浅。就像今天一样，自动驾驶汽车正在通过声纳、雷达和形状识别集成到他们的环境中。为了让这个区域变得更安全、更可靠，它需要感知环境并与周围的道路通信：灯柱、黄色道路线等，通过环境中的传感器。更重要的是，借助无线供电的传感器，汽车可以在不撞到连接线的情况下通过环境进行通信，从而实现更安全、更可靠的方式。

再往前走，智能城市的实现将不再是电池和电线，而是人工智能和无线电力。为了让智慧城市与其环境进行通信，需要实施无线电力和充电。

能量收集

射频是能量收集的丰富来源，尽管它需要靠近发射天线。射频能量收集的概念并不新鲜，过程相对简单。无线电波撞击天线并产生电位差，使电荷载流子沿天线长度移动，以均衡场。收割回路基本上捕捉到了这种运动。能量暂时存储在电容器中，然后用于在负载上产生所需的电位差。

射频充电技术采用了几种技术（Qi、PMA/AirFuel Alliance、WPC等），每种技术都具有

各种充电方法和最大充电距离。我们的路由器和移动电话创造了具有随时间和/或距离变化的潜在能量的空间区域。无论哪里存在电位差，总有办法获得电力。

用于通信的射频发射器通常受到其辐射功率的限制。此外，对于给定的无线电源，接收天线处的功率随距离而下降，如弗里斯传输方程所预测：

PT=传输功率

PR=接收功率

GT=发射器天线增益

GR=接收器天线增益

λ=波长

d=发射器和接收器之间的距离

接收天线的设计在最大限度地提高能量收集效率方面发挥着关键作用。接收天线可以蚀刻到印刷电路板上，也可以作为专门为该任务设计的接收器线圈组件。

图 1：P2110 评估套件中包含的 Powercast 贴片天线 （900 MHz）。

Powercast 技术

2021 年初，Powercast 宣布因其新的无线供电 RFID 温度扫描系统而荣获商业智能集团颁发的 2021 年 BIG 创新奖，该系统使公司能够轻松、安全地监控员工温度以支持 COVID- 19 个监控协议。

温度扫描系统由温度传感器、RFID阅读器和电视监视器组成。通过使用无线技术，该设备在靠近公司入口处的 RFID 阅读器时可以快速充电，该阅读器使用获得专利的 Powercast 能量收集技术。员工使用棒扫描他们的额头以读取他们的温度，并根据读数被允许进入或拒绝进入，该读数会自动显示在监视器上。

“天线的设计非常重要，它可以将我们调谐到给定的频率，在我们的例子中是 915 Mhz。当您处理射频时，即使在相对较近的范围内，您最终也会处理非常少量的功率。您正在处理 10 或可能低至数百毫瓦的功率。因此，收集和转换背后的能源管理必须非常重要。天线和能源管理必须协同工作，才能获得正确的用户体验并实际提供真正的解决方案，”Goetz 说。

图 2：P2110-EVAL-02 评估套件

接收天线的阻抗为 50 欧姆，必须与设备其余部分的输入阻抗相匹配。然后必须将在天线附近收集的电压带到可以转换为直流的电压。这可以使用电荷泵来完成，它会增加电压，但显然不能增加总功率。Powercast 公司提供了一个评估套件来帮助公司探索这项技术的可能性。P2110-EVAL-02 包括一个射频接收器和发射器、一个天线和一个用于收集发射功率的充电板。

连同其不断提高的可用性，RF 功率收集不仅有利于布线要求，而且还提供了一个不受环境条件和有害材料影响的系统。对于网状网络，工程师可以将射频能量收集与复杂的设备到设备通信相结合，用于各种应用。

审核编辑：郭婷