AI 기반 애플리케이션에서 RF 에너지 하베스팅의 역할 증가

휴대폰 및 컴퓨터와 같은 무선 장치에 대한 수요 증가는 전 세계적으로 무선 응용 프로그램의 중요성을 보여줍니다. 그러나 이러한 장치는 지속적인 전원 공급 또는 긴 배터리 수명이 필요합니다. 안전 문제로 배터리 사용을 제한하기 위해 무선 전력을 제공하는 RF 에너지 수확 시스템은 전체 애플리케이션 시장에 혜택을 줄 수 있으며, 이는 2020년에서 2025년 사이에 22% 성장할 것으로 예상됩니다.

이러한 성장은 여러 요인에 기인할 수 있지만 주요 동인은 인공 지능(AI)입니다. AI 알고리즘은 이제 강력하지만 더 효과적이기 위해서는 점점 더 많은 데이터가 필요합니다. 이것이 바로 무선 전력이 필요한 이유입니다. 무선 전력은 안정적이고 효율적인 것으로 입증되었으며 AI가 더 나은 결정을 내리는 데 도움을 줄 수 있습니다. EE Times Europe과의 인터뷰에서 , Powercast의 CEO인 Charlie Goetz는 IoT, ADAS 및 스마트 시티가 무선 전력의 구현 및 채택으로 가장 큰 혜택을 얻을 수 있는 여러 AI 관련 영역이라고 믿습니다.

RF는 사용 가능하며 시간, 지리적 제한 또는 기상 조건에 관계없이 언제 어디서나 매우 쉽게 찾을 수 있습니다. 일반적으로 RF 범위는 3kHz ~ 300GHz입니다. 아이디어는 이러한 RF 에너지 소스를 수집하고 특정 애플리케이션에서 사용하기 위해 저장하는 것입니다. RF 에너지 수확은 많은 응용 분야에 상당한 이점을 제공하지만 이 접근 방식에 필요한 수신기 안테나 및 전력 조절 회로를 비롯한 주요 구성 요소에 세심한 주의가 필요합니다.

무선 전원

예방적 유지보수 및 중요한 종료를 위해 감각 정보가 필요한 모든 산업 환경에서 무선 전력의 이점을 누릴 수 있습니다. 예를 들어, 제조 시설에는 접근하기 어렵거나 접근하기 위험한 특정 영역이 있습니다. 이러한 이유로 특정 센서(배터리)는 변경할 수 없습니다. 무선 전력으로 충전되는 센서는 설정 후 잊어버리는 사고방식(즉, 배터리를 교체할 필요가 없음)을 허용하여 중단 없이 AI에 정보를 전달할 수 있습니다.

자율 주행 차량은 또한 무선 전력의 이점을 크게 누릴 수 있습니다. 오늘날 자율 주행 자동차는 소나, 레이더 및 패턴 인식을 사용하여 환경과 통합됩니다. 더 안전하고 신뢰할 수 있게 되려면 자동차가 주변 환경을 감지하고 센서를 통해 가로등, 도로의 노란색 선 등 도로와 통신해야 합니다. 무선으로 구동되는 센서를 통해 자동차는 연결 전선에 부딪히지 않고도 환경을 통해 통신할 수 있으므로 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 방법이 됩니다.

더 나아가 스마트 시티의 구현은 배터리와 전선이 아니라 AI와 무선 전력으로 이루어질 것입니다. 스마트시티가 환경과 소통하기 위해서는 무선 전력과 충전이 구현되어야 합니다.

에너지 수확

무선 주파수는 송신 안테나의 근접성을 필요로 하지만 에너지 수확을 위한 풍부한 소스입니다. RF에서 에너지 수확이라는 개념은 새로운 것이 아니며 프로세스도 비교적 간단합니다. 전파는 안테나를 때리고 자기장을 균등화하기 위해 안테나의 길이를 따라 전하 캐리어를 이동시키는 전위차를 유발합니다. 수확 회로는 기본적으로 이 움직임을 포착합니다. 에너지는 커패시터에 일시적으로 저장된 다음 부하에 원하는 전위차를 생성하는 데 사용됩니다.

RF 충전 기술은 각각 다양한 충전 방법과 최대 충전 거리를 가진 여러 기술(Qi, PMA/AirFuel Alliance, WPC 등)을 사용합니다. 우리의 라우터와 휴대폰은 시간 및/또는 거리에 따라 변하는 잠재적 에너지를 가진 공간 영역을 생성합니다. 그리고 전위차가 존재하는 곳에는 항상 전기를 얻을 수 있는 방법이 있습니다.

통신용 RF 송신기는 일반적으로 방사할 수 있는 전력량이 제한됩니다. 또한, 주어진 무선 소스에 대해 수신 안테나의 전력은 Friis 전송 방정식에서 예측한 대로 거리에 따라 떨어집니다.

어디서

P _T =전송된 전력
P _R =수신 전력
G _T =송신기 안테나 이득
G _R =수신기 안테나 이득
λ =파장
d =송신기와 수신기 사이의 거리

수신 안테나의 설계는 에너지 수확의 효율성을 극대화하는 데 중요한 역할을 합니다. 수신 안테나는 인쇄 회로 기판에 에칭되거나 작업을 위해 특별히 설계된 수신기 코일 구성요소로 사용할 수 있습니다(그림 1).

그림 1:P2110 평가 키트에 포함된 Powercast의 패치 안테나(900MHz).

파워캐스트 기술

2021년 초 Powercast는 새로운 무선 전원 RFID 온도 스캐닝 시스템으로 Business Intelligence Group에서 수여하는 2021 BIG 혁신상 수상자로 선정되었다고 발표했습니다. 19 모니터링 프로토콜.

온도 스캐닝 시스템은 온도 센서, RFID 리더 및 TV 모니터로 구성됩니다. 무선 기술을 사용하여 특허받은 Powercast 에너지 수확 기술을 사용하여 회사 입구의 RFID 리더 근처에 장치를 갖다 대면 장치가 빠르게 충전됩니다. 직원들은 스틱으로 이마를 스캔하여 체온을 판독하고, 판독값에 따라 출입이 허용되거나 거부되며 모니터에 자동으로 표시됩니다.

“안테나의 디자인은 매우 중요합니다. 우리의 경우 915Mhz인 주어진 주파수에 맞추는 역할을 합니다. RF를 다룰 때 상대적으로 가까운 거리에서도 결국에는 매우 작은 양의 전력을 처리하게 됩니다. 당신은 10 또는 아마도 수백 밀리와트를 다루고 있습니다. 따라서 수집 및 변환 뒤에 있는 에너지 관리는 매우 중요해야 합니다. 올바른 사용자 경험을 제공하고 실제 솔루션을 제공하려면 안테나와 에너지 관리가 조화롭게 함께 작동해야 합니다.”라고 Goetz가 말했습니다.

그림 2:P2110-EVAL-02 평가 키트

수신 안테나의 임피던스는 50옴이며 나머지 장치의 입력 임피던스와 일치해야 합니다. 안테나 근처에서 수집된 전압은 DC로 변환될 수 있는 전압으로 가져와야 합니다. 이것은 전압을 증가시키지만 분명히 총 전력을 증가시킬 수 없는 전하 펌프를 사용하여 수행할 수 있습니다. Powercast는 기업이 이 기술의 가능성을 탐색하는 데 도움이 되는 평가 키트를 제공합니다. P2110-EVAL-02에는 RF 수신기 및 송신기, 안테나, 방출된 전력을 수집하기 위한 충전 보드가 포함됩니다(그림 2).

증가하는 가용성과 함께 RF 전력 수확은 케이블 연결 요구 사항에 도움이 될 뿐만 아니라 환경 조건 및 위험 물질로부터 보호되는 시스템을 제공합니다. 메시 네트워크의 경우 엔지니어는 다양한 애플리케이션을 위해 RF 에너지 수확과 정교한 장치 간 통신을 결합할 수 있습니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times Europe.