Transfert d'énergie sans fil

Puissance sans fil RF

Alimentation d'appareils faible puissance avec de l'énergie RF

Le nombre d'appareils de communication sans fil ne cesse d’augmenter chaque année, avec plus de 24 milliards attendus pour 2030. Ces appareils évoluent en permanence en termes de capacité, cependant les méthodes utilisées pour les alimenter restent conventionnelles. Actuellement, les appareils doivent :

  • Régulièrement être chargés avec un câble
  • Avoir leurs batteries remplacées
  • Être placés sur une borne de recharge

Ces trois méthodes nécessitent une maintenance régulière, qui peut être fastidieuse et coûteuse pour des applications ayant un grand nombre d'appareils ou avec des appareils qui sont difficiles d'accès ou à localiser.

Une solution prometteuse pour ce défi est le transfert d'énergie sans fil radio-fréquence (RF). Alors que les signaux RF ont traditionnellement été utilisés uniquement pour la transmission de données, ils peuvent également transférer de l'énergie sans fil. Un appareil avec des capacités de transfert d'énergie RF peut convertir des signaux RF en un signal de courant continu (DC) pour alimenter son circuit.

L'alimentation sans fil RF est particulièrement pertinente pour des applications qui impliquent un grand nombre d'appareils sans fil faible puissance. Des exemples de telles applications intègrent :

  • Des capteurs dans des installations intelligentes et des véhicules autonomes
  • Des étiquettes électroniques
  • Des étiquettes d'inventaire pour le suivi des objets
  • Des appareils faible puissance de l'internet des objets (IoT) qui pourraient être utilisés dans des lignes de production

Avec un transfert d'énergie sans fil RF, ces appareils peuvent être alimentés tout en étant utilisés et en mouvement, sans avoir besoin d'intervention manuelle. Cette technologie réduit grandement la nécessité d'une maintenance énergétique, améliorant l'efficacité et réduisant les coûts.

Comment fonctionne le transfert d'énergie sans fil RF ?

Un appareil peut être alimenté par des signaux RF à l'aide d’une antenne à redressement, une combinaison d'une antenne et d'un redresseur. L'antenne capture le signal RF et le redresseur convertit le signal RF en un signal de courant continu (DC). Cette énergie DC peut alors être utilisée pour directement alimenter l'appareil ou être stockée dans une batterie ou une super capacité pour une utilisation ultérieure.

Un redresseur se compose généralement de diodes suivies dune capacité basée sur un filtre passe-bas (LPF). Un redresseur est un élément de circuit non linéaire, donc sa sortie d'énergie DC dépend de manière non linéaire de l'énergie d'entrée RF. L'énergie de sortie DC est influencée non seulement par la densité du signal RF d'entrée mais également par sa forme d'onde. Par exemple, des signaux avec un rapport de puissance moyenne à crête élevé (PAPR) produit une sortir de puissance DC supérieure pour une puissance RF d’incidence moyenne donnée comparé aux signaux d'enveloppe constants. Cela est dû au fait que les crêtes d'un signal PAPR élevé sont plus susceptibles de dépasser la tension de mise sous tension de la diode, comparé à un signal d'enveloppe constant avec la même puissance moyenne mais une puissance crête plus faible.

Norme RF AirFuel Alliance

Une norme qui définit toutes les procédures entre un récepteur et un émetteur RF assure l'interopérabilité entre des appareils de différents vendeurs, faisant la promotion du développement de produits en utilisant une technologie de transfert d'énergie RF.

AirFuel Alliance est une coalition mondiale d'entreprises qui développe des normes pour le champ proche (résonance magnétique) et le champ éloigné (en utilisant l'alimentation sans fil RF). La norme AirFuel Resonant, pour les appareils utilisant une résonance magnétique, a déjà été adoptée par des produits commerciaux. En janvier 2023, la spécification du système de référence RF AirFuel a été publiée, et les tests d'interopérabilité et de conformité RF AirFuel sont actuellement en préparation. Pour un appareil à certifier par la norme RF AirFuel Alliance, il doit satisfaire ces cas de test.

En tant que membre actif de l'AirFuel Alliance, Rohde & Schwarz joue un rôle essentiel dans l'avancement de la norme AirFuel RF. Nous mettons à profit notre expertise en tant que fournisseur de test et mesure pour contribuer au développement des normes industrielles qui façonneront le futur de l'alimentation sans fil.

3GPP Ambient IoT

La 3GPP (3rd Generation Partnership Project) est une organisation mondiale qui définit des normes pour les télécommunications. En reconnaissant les exigences des nouvelles applications IoT, telles que les appareils sans batteries, la 3GPP a introduit une nouvelle catégorie technologique appelée Ambient IoT.

Le nombre de connexions et la densité d’appareils dans un réseau Ambient IoT peut être d'ordres de magnitude supérieurs aux technologies 3GPP IoT existantes. Dans le même temps, la complexité, la capacité de stockage d'énergie, la consommation d'énergie et la couverture réseau des appareils Ambient IoT sont d'ordres de magnitude inférieurs aux technologies 3GPP low power wide area (LPWA) existantes. La faible puissance nécessaire des appareils Ambient IoT fait des signaux RF une source d'énergie prometteuse.

"Je tiens à remercier Rohde & Schwarz pour leur leadership dans le développement d'un testeur de puissance sans fil (WPT) pour la norme AirFuel RF. Le WPT permettra aux entreprises de tester et valider la conformité à la norme AirFuel RF et d'accélérer le déploiement de solutions de puissance sans fil RF interopérables."
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

Puissance sans fil RF chez Rohde & Schwarz

Projet d'un testeur de puissance sans fil (WPT)

Le projet Rohde & Schwarz Wireless Power Tester (WPT) est dédié au développement d'une solution de test complète pour la puissance sans fil des émetteurs et récepteurs. Le projet se concentre sur le test de l'efficacité des récepteurs de puissance sans fil avec des statuts de batteries différents. Il travaille également sur la mesure de l'efficacité de conversion RF vers DC pour différentes formes d'ondes RF.

De plus, le projet effectue les tests de conformité définis par la norme AirFuel Alliance RF. Depuis 2022, Rohde & Schwarz a participé à la IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo (WPTCE) annuelle, qui est le plus grand événement mondial pour la recherche en puissance sans fil et d'engagement industriel. En mai 2024, Rohde & Schwarz a présenté plusieurs tests de conformité AirFuel Alliance au WPTCE à Kyoto, au Japon.

Les experts Rohde & Schwarz ont proposé une présentation sur le transfert d'énergie sans fil RF au Wireless Congress en 2023. Des informations plus approfondies peuvent être trouvées dans le document soumis RF Wireless Power Transfer: Une étude sur l'efficacité du transfert d'énergie des différentes formes d'ondes et u aperçu des efforts de normalisation.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à nous contacter.

Communiqué de presse : Rohde & Schwarz mène les efforts de normalisation AirFuel Alliance RF avec un premier prototype de testeur de puissance sans fil RF

Communiqué de presse : Rohde & Schwarz mène les efforts de normalisation AirFuel Alliance RF avec un premier prototype de testeur de puissance sans fil RF

Rohde & Schwarz a présenté une démonstration de faisabilité pour un test de systèmes de puissance sans fil en champ éloigné lors du IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo (WPTCE) à Kyoto, au Japon. Le testeur de puissance sans fil (RF) radio-fréquence développé par Rohde & Schwarz utilise les équipements de test et mesure de l'entreprise avec des kits de développement de charge sans fil disponibles sur le marché. Il intègre également des fonctionnalités d'automatisation de test et une interface web conviviale. Avec cette configuration, Rohde & Schwarz soutient AirFuel Alliance RF Standard.

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