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利用无线电波发电为无电池智能设备指明了方向

无线电波来自城市中的许多来源。距离至关重要。(图片来源:pixabay/OpenClipart-Vectors)
无线电波来自城市中的许多来源。距离至关重要。(图片来源:pixabay/OpenClipart-Vectors)
一个微小的芯片驱动着一个温度传感器--这要归功于我们环境中多种不同的无线电波。为了实现这一目标,研究人员必须解决一个关键问题。
Renewable Science

从 Wi-Fi、蓝牙到移动通信,在我们的周围可以探测到大量的高频无线电波。借助整流天线(一种将电磁波转换为直流电的开关装置),这些无线电波可用于为芯片供电。

例如,这是 RFID 芯片工作的唯一方法,它不需要电池。甚至一些冬季服装中的小型应答器也是利用这一原理,这样就可以追踪到被埋在雪崩下的人。

在低至-10 dBm(相当于无线局域网路由器无线电功率的千分之一)的范围内,这种电路非常可靠。根据不同的设置,40% 到 70% 的无线电波能量可以转换成直流电。

能量:几乎为零

这样做的问题是,如果 WLAN 路由器全功率发射,在一米的距离内,只有三万分之一的功率能到达这种芯片的表面。这比目前芯片所需的功率弱 30 倍。

通常情况下,我们周围的电磁波能量甚至要低几个数量级。

在这些区域还存在热力学不确定性。微小的材料层可以完全阻挡辐射,即使是最小的电阻也能确保没有电流流动。这就是为什么只有不到 1% 的能量可以在 -20 dBm 的功率水平以下转换的原因。

通过叠加和相互连接总共十个新开发的整流天线,新加坡大学的研究人员成功地操作了一个标准温度传感器。

其功率完全由未使用的电磁辐射产生。之所以能做到这一点,是因为即使是-62 dBm的功率也足以产生直流电。如果将这一功率乘以 1.5 亿,就可以得到家用路由器的无线电功率。因此,在-20 到-62 dBm 的范围内,几乎有 8% 的能量可以用来产生直流电。

这样,只需与这样的设备保持 10 米、20 米甚至 30 米的距离,或者最好与许多这样的设备保持距离。这样就可以为众多传感器供电,将来甚至可以为更复杂的设备供电,而无需电池。

不过,这在农村甚至住宅区都不太可能实现。而在新加坡的中心地带,却很容易实现。

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Mario Petzold, 2024-08- 3 (Update: 2024-08- 3)