RF 에너지 하베스팅, AI 기반 무선 애플리케이션 확장 주도

모바일 기기와 연결된 시스템이 급증하면서 신뢰할 수 있는 지속적 전원이 중요한 병목으로 부상하고 있습니다. 기존 배터리를 RF 에너지 하베스팅 시스템으로 대체하면 수많은 안전 및 물류 문제를 해결하면서 차세대 AI 기반 기술에 전력을 공급할 수 있습니다. 글로벌 시장 분석가들은 현대 AI 알고리즘의 데이터 수요에 힘입어 2020~2025년 RF 전력 솔루션의 연평균 성장률(CAGR)을 22%로 전망합니다.

AI가 RF 전력으로의 전환을 부추기는 이유

인공지능 모델은 데이터에서 번성하며, 더 많은 데이터를 받을수록 예측이 향상됩니다. 무선 전력은 AI 센서와 에지 기기가 빈번한 배터리 교체나 번거로운 유선 연결 없이 온라인 상태를 유지할 수 있는 신뢰할 수 있는 에너지원입니다. EE Times Europe과의 인터뷰에서 Powercast CEO Charlie Goetz는 IoT, ADAS(첨단 운전자 보조 시스템), 스마트시티 인프라를 무선 전력의 혜택을 받을 핵심 AI 중심 분야로 꼽았습니다.

RF 에너지 하베스팅: 상시 존재하는 자원

무선주파수 신호는 3kHz~300GHz에 걸쳐 Wi-Fi 라우터, 셀룰러 타워 등에서 날씨나 지형에 관계없이 어디서나 방출됩니다. 이 주변파를 수신 안테나로 포착하면 전압이 유도되어 커패시터에 저장된 후 사용 가능한 DC 전력으로 조절됩니다. 개념은 단순하지만 효율 극대화는 수신 안테나 설계와 관련 전력 조절 회로에 달려 있습니다.

산업 전반의 응용

산업 자동화

공장에서는 센서가 접근하기 어렵거나 위험한 장소에 배치되는 경우가 많습니다. 기존 배터리는 위험한 수동 교체를 요구합니다. 무선 전력 센서는 '설치 후 방치'가 가능하여 장비 건전성을 모니터링하고 예방 유지보수를 트리거하는 AI 시스템에 중단 없는 데이터 스트림을 보장합니다.

자율주행 차량

자율주행차는 레이더, 라이더, 카메라 등 센서 별자리에 의존해 주변을 해석합니다. 각 센서에 배선을 추가하면 무게와 복잡성이 증가합니다. RF 전력 센서는 이러한 케이블을 제거하여 차량 신뢰성과 안전성을 높입니다.

스마트 시티

도시 인프라(신호등, 공공 Wi-Fi, 환경 모니터)는 지속적인 전력과 연결이 필요합니다. 주변 RF로 구동되는 무선 충전은 밀집 센서 네트워크를 지원하여 교통 관리, 에너지 분배, 공공 안전을 위한 실시간 분석을 가능하게 합니다.

기술적 기초

수신 전력은 Friis 전송 방정식에 따라 거리에 따라 감소합니다:

여기서 P_T는 송신 전력, P_R은 수신 전력, G_T와 G_R은 안테나 이득, λ는 파장, d는 거리입니다. 수신 안테나 설계(PCB에 에칭된 것인지 전용 코일인지)가 하베스팅 효율에 직접 영향을 미칩니다.

그림 1은 Powercast의 900MHz 패치 안테나로, P2110 평가 키트에 통합되어 있습니다.
그림 1: P2110 평가 키트에 포함된 Powercast의 패치 안테나(900MHz).

Powercast의 실제 솔루션

2021년 Powercast는 무선 전력 RFID 온도 스캔 시스템으로 BIG Innovation Award를 수상했습니다. 이는 사용자가 RFID 리더 근처에 서면 즉시 충전되는 코로나19 선별 도구로, 온도 센서, RFID 리더, 디스플레이를 결합하여 기업 입구에서 즉각적인 비접촉 건강 검진을 제공합니다.

Goetz는 "915MHz에서 근거리에서도 몇 mW만 다루므로, 실용적인 사용자 경험을 제공하기 위해 정교한 안테나 튜닝과 에너지 관리가 필수적"이라고 설명합니다.

그림 2는 RF 수신기, 송신기, 안테나, 차지 펌프 보드를 갖춘 P2110-EVAL-02 평가 키트를 보여줍니다.
그림 2: P2110-EVAL-02 평가 키트.

50Ω 임피던스로 수신 안테나는 기기 입력 단과 매칭되며, 수집된 전압은 차지 펌프로 승압된 후 DC로 변환됩니다. Powercast 평가 키트는 RF 하베스팅을 탐색하는 개발자의 신속한 프로토타이핑과 필드 테스트를 지원합니다.

결론

RF 에너지 하베스팅은 AI 기반 무선 전력 생태계의 중추가 될 태세입니다. 깨끗하고 유지보수 없는 전원을 제공함으로써 산업 자동화, 자율주행차, 스마트시티 배포가 더 높은 신뢰성과 낮은 운영 비용을 달성할 수 있게 합니다.

> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE Times Europe에 게재되었습니다.