RF Energy Harvesting treibt Expansion KI-gestützter Wireless-Applikationen an

Da die Zahl mobiler Geräte und vernetzter Systeme weiter steigt, wird zuverlässige, kontinuierliche Energie zum kritischen Flaschenhals. Das Ersetzen konventioneller Batterien durch ein RF-Energy-Harvesting-System kann viele Sicherheits- und logistische Probleme eliminieren und die nächste Welle KI-getriebener Technologien antreiben. Globale Marktanalysten projizieren 22 % CAGR für RF-betriebene Lösungen zwischen 2020 und 2025, weitgehend getrieben von den Datendrängen moderner KI-Algorithmen.

Warum KI den Shift zu RF Power antreibt

KI-Modelle gedeihen auf Daten, und je mehr Daten sie erhalten, desto besser werden ihre Vorhersagen. Wireless Power bietet eine verlässliche Energiequelle, die KI-Sensoren und Edge-Geräte online hält, ohne häufige Batteriewechsel oder sperrige Kabelverbindungen. In einem Interview mit EE Times Europe hob Charlie Goetz, CEO von Powercast, IoT, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und Smart-City-Infrastruktur als Schlüssel-KI-zentrische Sektoren hervor, die von Wireless Power profitieren werden.

RF Energy Harvesting: Eine allgegenwärtige Ressource

Radiofrequenzsignale spannen 3 kHz bis 300 GHz und werden überall emittiert – von Wi-Fi-Routern bis zu Mobilfunktürmen – unabhängig von Wetter oder Geografie. Durch Einfangen dieser Umgebungswellen induziert eine Empfangsantenne eine Spannung, die in einem Kondensator gespeichert und dann in nutzbare DC-Power konditioniert werden kann. Während das Konzept straightforward ist, hängt Maximierung der Effizienz vom Design der Empfangsantenne und der zugehörigen Power-Conditioning-Schaltung ab.

Applikationen across Industries

Industrielle Automatisierung

Fabriken platzieren Sensoren oft an schwer zugänglichen oder gefährlichen Orten. Traditionelle Batterien erfordern riskante manuelle Austausche. Wireless-betriebene Sensoren können „set and forget“ betrieben werden, was ununterbrochene Datenströme an KI-Systeme sichert, die Equipment-Health überwachen und präventive Maintenance triggern.

Autonome Fahrzeuge

Selbstfahrende Autos verlassen sich auf ein Konstellation von Sensoren – Radar, Lidar, Kameras –, um ihre Umgebung zu interpretieren. Das Verkabeln jedes Sensors fügt Gewicht und Komplexität hinzu. RF-betriebene Sensoren eliminieren diese Kabel, was Fahrzeugzuverlässigkeit und -sicherheit erhöht.

Smart Cities

Urbane Infrastruktur – Ampeln, öffentliches Wi-Fi, Umweltmonitore – braucht kontinuierliche Energie und Konnektivität. Wireless Charging, angetrieben von Umgebungs-RF, kann dichte Sensornetze unterstützen und Echtzeit-Analytics für Traffic-Management, Energieverteilung und öffentliche Sicherheit ermöglichen.

Technische Grundlagen

Die empfangene Leistung nimmt mit Distanz ab, wie durch die Friis-Transmissionsgleichung beschrieben:

wobei P_T die gesendete Leistung, P_R die empfangene Leistung, G_T und G_R die Antennengewinne, λ die Wellenlänge und d die Distanz ist. Das Design der Empfangsantenne – ob in PCB geätzt oder dedizierte Spule – beeinflusst direkt die Harvesting-Effizienz.

Abbildung 1 demonstriert Powercasts 900-MHz-Patch-Antenne, integriert in das P2110 Evaluation Kit.

Abbildung 1: Powercasts Patch-Antenne (900 MHz) inkludiert im P2110 Evaluation Kit.

Powercasts Real-World-Lösungen

2021 erhielt Powercast den BIG Innovation Award für sein wireless-betriebenes RFID-Temperatur-Scanning-System, ein COVID-19-Screening-Tool, das on-the-fly lädt, wenn ein Nutzer nahe einem RFID-Reader steht. Das System kombiniert Temperatursensor, RFID-Reader und Display für sofortige, kontaktlose Gesundheitschecks an Firmeneingängen.

Goetz erklärt, dass das Antennen-Design entscheidend ist: „Bei 915 MHz haben wir nur wenige Milliwatt, selbst in Nahdistanz. Daher sind akribisches Antennen-Tuning und Energiemanagement essenziell, um eine praktische User Experience zu liefern.“

Abbildung 2 zeigt das P2110-EVAL-02 Evaluation Kit mit RF-Receiver, Transmitter, Antenne und Charge-Pump-Board.

Abbildung 2: P2110-EVAL-02 Evaluation Kit.

Mit einer Impedanz von 50 Ω matched die Empfangsantenne die Eingangsstufe des Geräts, und die gesammelte Spannung wird durch eine Charge Pump hochgesetzt vor Konvertierung zu DC. Powercasts Evaluation Kits ermöglichen Rapid Prototyping und Field Testing für Entwickler, die RF Harvesting erkunden.

Fazit

RF Energy Harvesting ist bereit, das Rückgrat KI-getriebener, wireless-betriebener Ökosysteme zu werden. Durch Bereitstellung einer sauberen, wartungsfreien Energiequelle befähigt es industrielle Automatisierung, autonome Fahrzeuge und Smart-City-Deployments, höhere Zuverlässigkeit und niedrigere Betriebskosten zu erreichen.

> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times Europe veröffentlicht.