Ezt az egyenirányítót úgy tervezték, hogy rendkívül alacsony teljesítményszinten, akár -20 dBm alatt is működjön, leküzdve a hagyományos technológiák által támasztott korlátokat.
A Szingapúri Nemzeti Egyetem (NUS) által vezetett kutatócsoport jelentős előrelépést tett az energiagyűjtési technológia terén. Ez az innováció potenciálisan megszüntetheti az akkumulátorok szükségességét a különféle elektronikus eszközökben.
Kifejlesztettek egy új típusú egyenirányítót, amely hatékonyan képes átalakítani a környezeti rádiófrekvenciás (RF) jeleket, amelyeket általában „pazarló” energiának tekintenek, használható egyenáramú (DC) feszültséggé.
Referenciaként az új technológiájuk átalakítja a környezeti RF jeleket olyan forrásokból, mint a Wi-Fi és a mobilhálózatok használható villamos energiává.
„Az ehhez hasonló rádiófrekvenciás energiagyűjtési technológiák alapvető fontosságúak, mivel csökkentik az akkumulátor-függőséget, meghosszabbítják az eszközök élettartamát, minimalizálják a környezeti hatásokat, és javítják a vezeték nélküli szenzorhálózatok és az IoT-eszközök megvalósíthatóságát olyan távoli területeken, ahol nem praktikus az akkumulátorok gyakori cseréje” sajtóközleményt.
Környezeti RF elektromágneses jelek begyűjtése
A kutatás bemutatta nanoméretű spin-egyenirányítók (SR) használatát ennek az átalakításnak az eléréséhez. Még alacsony, -20 dBm alatti rádiófrekvenciás teljesítményszinten is megcsinálták, ami egy olyan küszöb, ahol a meglévő technológiák nehézségekbe ütköznek.
„Optimalizáltuk a spin-egyenirányítókat, hogy a környezetben elérhető alacsony RF-teljesítményszinten működjenek, és egy sor ilyen spin-egyenirányítót integráltunk egy energiagyűjtő modulba, amely a LED-et és a kereskedelmi érzékelőt -20 dBm-nél kisebb rádiófrekvenciás teljesítmény mellett táplálja.” – magyarázta Yang Hyunsoo, a NUS professzora, aki a projekt élén állt.
A csapat ezzel a technológiával sikeresen működtetett egy kereskedelmi hőmérséklet-érzékelőt.
„A környezeti rádiófrekvenciás elektromágneses jelek begyűjtése kulcsfontosságú az energiahatékony elektronikus eszközök és érzékelők fejlesztéséhez” – mondta Yang.
„A meglévő energiagyűjtő modulok azonban kihívásokkal néznek szembe alacsony környezeti teljesítmény mellett a meglévő egyenirányító-technológia korlátai miatt.”
A meglévő kihívások leküzdése
A hagyományos egyenirányítók, mint például a Schottky-diódák, alacsony teljesítményszinten termodinamikai korlátokkal és parazita hatásokkal szembesülnek.
„A nanoméretű spin-egyenirányítók ezzel szemben kompakt technológiát kínálnak az érzékeny és hatékony RF-DC konverzióhoz” – hangsúlyozta Yang. Jobb érzékenységet és hatékonyságot kínál. A csapat optimalizálta az SR-eszközöket, és olyan konfigurációkat hozott létre, amelyek hatékonyan működtek széles teljesítménytartományban.
„A teljesítmény javítása és a chipen belüli működés elérése érdekében az SR-eket tömb elrendezésben kapcsolták össze, az SR-eken lévő kis ko-síkú hullámvezetőkkel az RF teljesítmény csatolására, ami kompakt chip-területet és nagy hatékonyságot eredményezett ” kutatók.
Nevezetesen, a 10 SR-ből álló tömb lenyűgöző, 7,8%-os hatékonyságot és nagy érzékenységet ért el.
Jövőbeli cselekvési terv
„A spin-egyenirányító technológia ígéretes alternatívát kínál, amely meghaladja a jelenlegi Schottky-dióda hatékonyságát és érzékenységét alacsony energiafogyasztású rendszerben” – mondta Dr. Raghav Sharma, a tanulmány első szerzője.
„Ez a fejlesztés az alacsony teljesítményű rádiófrekvenciás egyenirányító-technológiákat méri fel, megnyitva az utat a következő generációs környezeti rádiófrekvenciás energiagyűjtők és spin-egyenirányítókon alapuló érzékelők tervezése előtt .”
A kutatócsoport most egy chipbe épített antenna integrálására összpontosít, hogy tovább növelje technológiájuk hatékonyságát és kompaktságát.
Kutatják a soros-párhuzamos kapcsolatokat és a chip-összeköttetéseket is, hogy javítsák a rádiófrekvenciás energiagyűjtést, és elegendő feszültséget állíthassanak elő ahhoz, hogy szükségtelenné váljon a DC-DC erősítő.
A kutatást a japán Tohoku Egyetem és az olaszországi Messina Egyetem tudósaival együttműködve végezték.
