无线供电

射频无线供电

通过射频能量为低功耗设备供电

无线通信设备的数量每年都在增加,预计到 2030 年将超过 240 亿台。这些设备的功能在不断发展,但供电方式仍墨守成规。目前设备的供电方式不外乎三种:

  • 使用电源线定期充电
  • 更换电池
  • 使用充电板充电

这三种方法都需要定期维护,如果应用的设备数量众多或者难以定位或触及,就会很麻烦,而且费用也不低。

射频 (RF) 无线供电有望解决这个难题。虽然射频信号传统上仅用于数据传输,但也可以通过无线方式传输能量。具有射频供电功能的设备可以将射频信号转换为直流 (DC) 信号,从而为其电路供电。

射频无线供电尤其适用于有大量低功耗无线设备的应用。此类应用包括:

  • 智能建筑和自动驾驶汽车中的传感器
  • 电子货架标签
  • 用于跟踪物品的库存标签
  • 可用于生产线或零售场景的低功耗物联网 (IoT) 设备

射频无线供电技术可以在设备运行和移动时为其供电,无需人工干预。这大大减少了能源维护的需求,提高了效率并降低了成本。

射频无线供电的原理是什么?

设备可以使用由天线和整流器组合而成的整流天线通过射频信号供电。天线捕获射频信号,整流器则将射频信号转换为直流信号。直流电能可以直接为设备供电,也可以存储在电池或超级电容器中以备日后使用。

整流器通常由二极管和电容式低通滤波器 (LPF) 组成。整流器是一种非线性电路元件,因此其直流输出功率与射频输入功率非线性相关。射频输入信号的强度和波形会影响直流输出功率。例如,对于给定的平均射频入射功率,具有高峰均功率比 (PAPR) 的信号会比恒定包络信号产生更高的直流输出功率。这是因为与平均功率相同但峰值功率较低的恒定包络信号相比,高 PAPR 信号的峰值更有可能超过二极管导通电压。

AirFuel 联盟和射频标准

通过标准定义射频发射机和接收机之间的所有程序,可以确保不同供应商的设备具有互操作性,从而推动利用射频供电技术的产品开发。

AirFuel 联盟是一个全球性企业联盟,正在制定近场(磁共振)和远场(射频无线供电)相关标准。AirFuel 共振标准适用于磁共振设备,已被应用到商品中。2023 年 1 月,AirFuel 射频基线系统规范发布,AirFuel 射频互操作性和一致性测试目前正在准备发布。设备要通过 AirFuel 联盟的射频标准认证,必须满足这些测试用例的要求。

罗德与施瓦茨是 AirFuel 联盟的活跃成员,积极推进 AirFuel 射频标准的发展。作为测试与测量供应商,罗德与施瓦茨为制定行业标准贡献了专业知识,这些标准将定义无线供电的未来。

3GPP 和环境物联网

第三代合作伙伴计划 (3GPP) 是一个制定通信标准的全球性组织。3GPP 认识到无电池设备等新型物联网应用的需求,推出了新的环境物联网技术。

环境物联网网络中的连接数量和设备密度可以比现有的 3GPP 物联网技术高出几个数量级。环境物联网设备的复杂性、储能容量、功耗和网络覆盖范围远低于现有的 3GPP 低功耗广域网 (LPWA) 技术。环境物联网设备要求低功耗,因此射频信号成为一种前景广阔的能源。

"我要感谢罗德与施瓦茨在开发 AirFuel 射频标准无线功率测试仪 (WPT) 方面发挥的领导作用。WPT 将使公司能够测试和验证是否符合 AirFuel 射频标准,并加快部署可互操作的射频无线供电解决方案。"
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

罗德与施瓦茨的射频无线供电项目

无线功率测试仪 (WPT) 项目

罗德与施瓦茨的无线功率测试仪 (WPT) 项目旨在为无线供电发射机和接收机开发全面的测试解决方案。该项目的重点在于测试无线供电接收机在不同电池状态下的效率,以及测量不同射频波形的射频-直流转换效率

这个项目还可以执行 AirFuel 联盟射频标准定义的一致性测试。从 2022 年开始,罗德与施瓦茨每年都会参加 IEEE 无线供电技术大会暨展览会 (WPTCE),这是全球规模最大的无线供电研究和行业盛会。2024 年 5 月,罗德与施瓦茨在日本京都的 WPTCE 上展示了 AirFuel 联盟规定的几项一致性测试。

罗德与施瓦茨专家在 2023 年无线大会上就射频无线供电发表了演讲。有关更多信息,可查看我们提交的论文《射频无线供电:不同波形的供电效率研究和标准化工作概述》

如果您有任何问题,请与我们联系。

新闻发布:罗德与施瓦茨利用首个射频无线功率测试仪原型机推动 AirFuel 联盟的射频标准化工作

新闻发布:罗德与施瓦茨利用首个射频无线功率测试仪原型机推动 AirFuel 联盟的射频标准化工作

罗德与施瓦茨在日本京都的 IEEE 无线供电技术大会暨展览会 (WPTCE) 上展示了一种用于测试远场无线供电系统的概念验证。罗德与施瓦茨开发的射频无线功率测试仪利用了其测试与测量设备以及无线充电开发套件,并且包括测试自动化功能和用户友好的 Web 界面。罗德与施瓦茨基于该设置支持 AirFuel 联盟的射频标准。

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