利用5G网络为物联网设备提供无线供电

研究人员佐治亚理工学院已经发现了一种利用5G网络容量过剩的创新方法，将它们变成为物联网(IoT)设备供电的“无线电网”，如今这些设备需要电池才能运行。

佐治亚理工学院的发明者已经开发了一种基于罗特曼透镜的柔性整流天线(整流天线)系统，该系统首次能够在28-GHz频段采集毫米波。(罗特曼透镜是波束形成网络的关键，经常用于雷达监视系统，在不实际移动天线系统的情况下看到多个方向的目标。)

但是，为了获得足够的能量，为长距离的低功率设备提供电力，就需要大口径天线。大天线的问题是它们的视场狭窄。如果天线从5G基站广泛分散，这一限制将阻碍它们的运行。

乔治亚理工学院ATHENA实验室的高级研究员Aline Eid说:“我们已经解决了只能从一个方向观察的问题，该系统具有广泛的覆盖角度。电子与计算机工程学院推进和发展电磁、无线、射频、毫米波和次太赫兹应用的新技术。

与前几代蜂窝网络相比，FCC已经授权5G更密集地集中电力。虽然今天的5G是为高带宽通信而构建的，但高频网络为“收获”可能会被浪费掉的未使用电力提供了丰富的机会。

利用5G高频电源

“有了这项创新，我们可以有一个大的天线，工作在更高的频率，可以接收来自任何方向的功率。它的方向是不可知的，这使得它更加实用。”

在佐治亚理工学院的解决方案中，天线阵列从一个方向收集的所有电磁能量被组合并馈入一个整流器，这使其效率最大化。

“人们以前尝试过在24ghz或35ghz等高频进行能量收集，”Eid说，但这种天线只有在他们能看到5G基站的情况下才能工作;直到现在才有办法增加他们的报道角度。

罗特曼透镜就像光学透镜一样，以蜘蛛状的模式同时提供六个视野。通过调整透镜的形状，可以得到在波束端口一侧有一个曲率角，在天线一侧有另一个曲率角的结构。这使得该结构能够将一组选定的辐射方向映射到一组相关的波束端口。然后，该透镜被用作接收天线和整流器之间的中间组件，用于5G能量收集。

这种新方法通过结合独特的射频(RF)和直流(DC)组合技术的结构，解决了整流天线角覆盖和开启灵敏度之间的权衡，从而使系统具有高增益和大波束宽度。

在演示中，佐治亚理工学院的技术与参考同行相比，收获功率增加了21倍，同时保持了相同的角度覆盖。

这一强大的系统可能为新型无源、远程、毫米波5g射频识别技术打开大门，用于可穿戴和无处不在的物联网应用。研究人员使用了内部添加剂制造技术，将手掌大小的毫米波收割机打印在大量日常使用的柔性和刚性基材上。提供3D和喷墨打印选项将使该系统更廉价，更广泛的用户、平台、频率和应用程序。

用无线充电代替电池

“事实是，5G将无处不在，尤其是在城市地区。你可以更换数百万甚至数千万的无线传感器电池，特别是在智能城市和智能农业应用中。电子与计算机工程学院．

Tentzeris预测，电能即服务将成为电信行业的下一个重要应用，就像数据取代语音服务成为主要收入来源一样。最令研究小组兴奋的是，服务提供商有望采用这种技术，通过“空中”提供按需供电，从而消除对电池的需求。

赫斯特说:“我从事传统的能源收集工作至少有6年了，在大多数时间里，似乎没有一个关键使能源收集工作在现实世界中发挥作用，因为FCC限制了功率排放和聚焦。”“随着5G网络的出现，这实际上是可行的，我们已经证明了这一点。这是非常令人兴奋的——我们可以摆脱电池。”

- Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．