Антенна, преобразующая сигнал 5G в электричество
Идея, лежащая в основе Интернета вещей (IoT), заключается в том, что мир стал бы лучше, если бы все виды объектов, которые в настоящее время не компьютеризированы, стали таковыми. Мосты с микрочипом могут сообщать, когда им требуется обслуживание. Миллиарды крошечных компьютеров, прикрепленных к зданиям, могут контролировать качество воздуха и движение транспорта. Такие компьютеры, разбросанные по полям, могут анализировать питательные вещества и воду в почве.
К 2035 году в мире может быть триллион подключаемых устройств — более 100 на каждого человека на планете.Возникет вопрос — чем их приводить в действие? Регулярная замена триллиона батареек, мягко говоря, неудобна.Уже созданы микросхемы, поглощающие энергию света, тепла или вибрации.Но такие источники производят лишь небольшую струю энергии и обычно используются для дополнения батареи, а не для ее замены.
Вышки 5G можно будет использовать для беспроводной передачи электроэнергии. В статье, опубликованной вScientific Reports,Алин Эйд и ее коллеги из Технологического института Джорджии в Атланте (Georgia Tech,) предлагают лучшую идею.Используя хитроумный набор, называемый линзой Ротмана, они разработали небольшую гибкую антенну, предназначенную для сбора электроэнергии от сигналов, излучаемых так называемыми мачтами сотовой связи (5G).Есть надежда, что они смогут выполнять двойную функцию в качестве повсеместной беспроводной электросети, поставляя, как электроэнергию, так и связь.
Подобно более знакомым стеклянным линзам, используемым в фотоаппаратах и очках, линзы Ротмана, изобретенные в 1963 году, фокусируют и перенаправляют электромагнитное излучение. Они обычно используются для создания «управляемых» радиолокационных лучей, которые можно направлять в разных направлениях, не требуя физического вращения излучателя. «Большинство людей используют линзы Ротмана в режиме передачи», — говорит д-р Эйд. «Мы решили перевернуть эту концепцию и использовать их в режиме приема».
Ее линза позволяет антенне собирать электромагнитное излучение со всех сторон, устраняя необходимость совмещать ее с удаленным передатчиком и позволяя ей работать в загроможденной городской среде, в которой волны рассеиваются непредсказуемо. Это значительно увеличивает количество собираемой мощности. Кроме того, 5G, в первую очередь, предлагает больше мощности. Стандарт, на котором он основан, охватывает связь в широком диапазоне частот. Диапазон от 24 до 100 ГГц, известный как диапазон миллиметровых волн, используется редко. С небольшим риском помех другим устройствам, многие регуляторы с радостью разрешают мачтам, предназначенным для использования этих частот, передавать с более высокой мощностью, чем комплекты более старых поколений.
Новая антенна может обрабатывать5G-сигнал в нескольких вариантах, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наибольшие скорости обеспечивает миллиметровый диапазон (mmWave): он позволяет передавать несколько гигабит в секунду. Это означает, что он обладает высоким потенциалом для получения электрической энергии.
В результате, по словам команды, их антенна должна быть способна собирать полезное количество энергии даже на большом расстоянии. Перенос их работы в компьютерные модели, используемые в индустрии мобильных телефонов, предполагает, что они должны уметь собирать около шести микроватт энергии на расстоянии 180 метров от мачты. Этого достаточно, чтобы простые микросхемы с низким энергопотреблением, из которых состоит Интернет вещей, могли выполнять полезную работу. Джимми Хестер, другой автор статьи, отмечает, что 180 метров — это примерно размер ячейки сети 5G, а это означает, что — по крайней мере, в городе — ни один гаджет вряд ли будет намного дальше, чем это расстояние от передатчика.
Лабораторный прототип антенны на основе линзы Ротмана гибкий, размером с игральную карту.Но если пространство не хватает, ее можно сложить пополам без особого ущерба для производительности, говорит д-р Эйд. Если требуется больше мощности, можно использовать антенну большего размера. Антенны производятся путем печати электроники непосредственно на гибкой подложке, что означает их дешевизну и скорость производства. Надемонстрациях эта технология показала 21-кратное увеличения собираемой энергии посравнению сконтрольным аналогом при идентичном сним угловом покрытии.
Исследовательская группа надеется, что провайдеры сотовой связи воспользуются ихтехнологией для доставки питания позапросу «повоздуху». Это моглобы устранить необходимость вбатареях миллионов беспроводных датчиков, втом числе для интеллектуальных городов иинтеллектуальных приложений.