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環(huán)境射頻(RF)能量采集有個明顯吸引人的地方,即收集的是完全“免費的”能量。雖然具有這種能力的設(shè)備在充電時可以移動,但許多射頻能量采集方案要求使用指向已知能源(如移動基站)的定向天線。在移動電話領(lǐng)域的應(yīng)用前景是能夠收集足夠多的環(huán)境射頻能量來與移動手機的待機功耗相匹配。如果可能的話,那么移動電話將具有連續(xù)的待機能力,而不僅僅是幾天時間。雖然這種特殊應(yīng)用目前還不實用,但許多系統(tǒng)級要素的匯集正在推動適合其它應(yīng)用的環(huán)境射頻能量采集方案。這些要素包括低功耗元件不斷普及、有更多的發(fā)射器作為能源、無源射頻采集器的射頻靈敏度提升以及低等效串聯(lián)電阻(ESR)雙層電容(也稱為超級電容)的推廣。
諸如微控制器等低功耗電子元件的制造商正在不遺余力地降低元件功耗,同時提高性能。來自這些公司的數(shù)據(jù)手冊和其它行銷廣告都在有意宣傳幾個納安級的待機電流,以及能夠從電壓不到1V的電池進行升壓的片上DC/DC轉(zhuǎn)換器。其它元件(如傳感器等)被越來越多地設(shè)計成有助于降低總體系統(tǒng)功耗的無源器件。這對無電池設(shè)備來說尤其重要。通過充分的實時能量采集,無電池設(shè)備可以連續(xù)運轉(zhuǎn),但如果能量太低,就必須先儲存起來,直到足夠維持一次工作周期。隨著元件功率水平的降低,由能量采集技術(shù)供電的系統(tǒng)可以工作得更加頻繁。
無線電發(fā)射器的數(shù)量,特別是用于移動基站和手機的發(fā)射器數(shù)量正在不斷增加。據(jù)ABI Research公司和iSupply公司估計,移動手機用戶數(shù)量近期已經(jīng)超過50億,ITU估計其中有10億多是移動寬帶用戶。此外還有眾多的Wi-Fi路由器以及諸如筆記本電腦等無線終端設(shè)備。在一些城市環(huán)境中,有可能檢測到數(shù)百個Wi-Fi接入點。在短距離范圍內(nèi),比如同一房間內(nèi),可以從發(fā)射功率為50mW至100mW的典型Wi-Fi路由器中收集到微小的能量。在更長距離的情況下,需要使用具有更高增益的更長天線才能真正收集到來自移動基站和無線廣播塔的射頻能量。2005年,Powercast公司在距一個小型5kW AM廣播電臺1.5英里(大約2.4公里)的地方成功演示了環(huán)境能量采集的實現(xiàn)。
無源射頻接收器或射頻能量采集器件(如Powercast公司的P2110 Powerharvester接收器)工作時的射頻輸入電平要大于等于-11dBm。提高射頻靈敏度允許在距射頻能量源更遠(yuǎn)的距離范圍內(nèi)實現(xiàn)射頻至直流(RF/DC)電源轉(zhuǎn)換,但隨著距離的增加,可用功率將降低,充電時間將延長。低漏電流的能量存儲技術(shù)非常重要,特別是在輸入功率非常低時,這樣才能最大限度地減小采集到能量的損失,使能量采集過程盡可能高效。
射頻能量采集器的一個重要性能是在寬范圍的條件下正常工作的能力,包括輸入功率和輸出負(fù)載電阻的變化。例如,Powercast的射頻能量采集元件無需額外的耗能電路來實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT),而這是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能等其它能量采集技術(shù)不可或缺的。Powercast元件可以在很寬的工作范圍內(nèi)保持較高的射頻至直流轉(zhuǎn)換效率,因而具有跨應(yīng)用和OEM設(shè)備的擴展性。能夠適應(yīng)多頻帶或?qū)拵ьl率范圍并且支持自動頻率調(diào)諧的射頻能量采集電路可以進一步提高輸出電能,也因此能擴展移動性,簡化安裝。Powercast元件采用標(biāo)準(zhǔn)50Ω輸入阻抗設(shè)計,不僅有利于縮短設(shè)計時間,而且支持使用現(xiàn)成的天線。
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