К 2035 году в мире может быть триллион подключаемых устройств - более 100 на каждого человека на планете.Возникет вопрос - чем их приводить в действие? Регулярная замена триллиона батареек, мягко говоря, неудобна.Уже созданы микросхемы, поглощающие энергию света, тепла или вибрации. Но такие источники производят лишь небольшую струю энергии и обычно используются для дополнения батареи, а не для ее замены.

 

Вышки 5G можно будет использовать для беспроводной передачи электроэнергии. В статье, опубликованной в Scientific Reports, Алин Эйд и ее коллеги из Технологического института Джорджии в Атланте (Georgia Tech,) предлагают лучшую идею. Используя хитроумный набор, называемый линзой Ротмана, они разработали небольшую гибкую антенну, предназначенную для сбора электроэнергии от сигналов, излучаемых так называемыми мачтами сотовой связи (5G). Есть надежда, что они смогут выполнять двойную функцию в качестве повсеместной беспроводной электросети, поставляя, как электроэнергию, так и связь.

5G, антенна, электроэнергия, линза Ротмана, Интернет вещей, IoT,связь
Линза Ротмана в своем простейшем исполнении представляет собой конструкцию, расположенную между двумя параллельными пластинами, с портами на противоположных сторонах. Порты, расположенные на выходной дуге называются портами решетки, они соединены с отдельными излучающими элементами антенной решетки. Порты, расположенные на входной дуге линзы, называют портами лучей, они расположены таким образом, чтобы каждый из них соответствовал определенному направлению луча в пространстве. Преимуществом линз Ротмана является легкость изготовления, низкая стоимость, малый вес и широкополосность. В линзе Ротмана используются различные пути распространения волны в пределах одной структуры, чтобы обеспечить для различных входных портов уникальный линейный сдвиг фазы на выходном порте
 

 

 

Подобно более знакомым стеклянным линзам, используемым в фотоаппаратах и ​​очках, линзы Ротмана, изобретенные в 1963 году, фокусируют и перенаправляют электромагнитное излучение. Они обычно используются для создания «управляемых» радиолокационных лучей, которые можно направлять в разных направлениях, не требуя физического вращения излучателя. «Большинство людей используют линзы Ротмана в режиме передачи», - говорит д-р Эйд. «Мы решили перевернуть эту концепцию и использовать их в режиме приема».

 

Ее линза позволяет антенне собирать электромагнитное излучение со всех сторон, устраняя необходимость совмещать ее с удаленным передатчиком и позволяя ей работать в загроможденной городской среде, в которой волны рассеиваются непредсказуемо. Это значительно увеличивает количество собираемой мощности. Кроме того, 5G, в первую очередь, предлагает больше мощности. Стандарт, на котором он основан, охватывает связь в широком диапазоне частот. Диапазон от 24 до 100 ГГц, известный как диапазон миллиметровых волн, используется редко. С небольшим риском помех другим устройствам, многие регуляторы с радостью разрешают мачтам, предназначенным для использования этих частот, передавать с более высокой мощностью, чем комплекты более старых поколений.

5G, антенна, электроэнергия, линза Ротмана, Интернет вещей, IoT,связь
Лабораторный прототип антенны на основе линзы Ротмана гибкий, размером с игральную карту. Но если пространство не хватает, ее можно сложить пополам без особого ущерба для производительности. Если требуется больше мощности, можно использовать антенну большего размера.  Антенны производятся путем печати электроники непосредственно на гибкой подложке, что означает их дешевизну и скорость производства

Новая антенна может обрабатывать 5G-сигнал в нескольких вариантах, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наибольшие скорости обеспечивает миллиметровый диапазон (mmWave): он позволяет передавать несколько гигабит в секунду. Это означает, что он обладает высоким потенциалом для получения электрической энергии.

 

 

 

В результате, по словам команды, их антенна должна быть способна собирать полезное количество энергии даже на большом расстоянии. Перенос их работы в компьютерные модели, используемые в индустрии мобильных телефонов, предполагает, что они должны уметь собирать около шести микроватт энергии на расстоянии 180 метров от мачты. Этого достаточно, чтобы простые микросхемы с низким энергопотреблением, из которых состоит Интернет вещей, могли выполнять полезную работу. Джимми Хестер, другой автор статьи, отмечает, что 180 метров - это примерно размер ячейки сети 5G, а это означает, что - по крайней мере, в городе - ни один гаджет вряд ли будет намного дальше, чем это расстояние от передатчика.

 

Лабораторный прототип антенны на основе линзы Ротмана гибкий, размером с игральную карту. Но если пространство не хватает, ее можно сложить пополам без особого ущерба для производительности, говорит д-р Эйд. Если требуется больше мощности, можно использовать антенну большего размера.  Антенны производятся путем печати электроники непосредственно на гибкой подложке, что означает их дешевизну и скорость производства. На демонстрациях эта технология показала 21-кратное увеличения собираемой энергии по сравнению с контрольным аналогом при идентичном с ним угловом покрытии.

5G, антенна, электроэнергия, линза Ротмана, Интернет вещей, IoT,связь
Линза Ротмана действует подобно оптической линзе и часто применяется в радарных системах для синтеза апертур без физического перемещения антенн. В разработке Georgia Tech она задействована в качестве промежуточного компонента между приёмными антеннами и выпрямителями, позволяя получить гибкую систему как с высоким коэффициентом усиления, так и с большой шириной луча.

 

Исследовательская группа надеется, что провайдеры сотовой связи воспользуются их технологией для доставки питания по запросу «по воздуху». Это могло бы устранить необходимость в батареях миллионов беспроводных датчиков, в том числе для интеллектуальных городов и интеллектуальных приложений.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!