Transferencia inalámbrica de energía

Energía inalámbrica por RF

Energizar dispositivos de baja potencia con energía de RF

El número de dispositivos de comunicación inalámbrica aumenta cada año, y se prevé que en el 2030 sobrepasen los 24 000 millones. Las funciones de estos dispositivos están en constante evolución, pero los métodos que se necesitan para energizarlos siguen siendo convencionales. Actualmente, los dispositivos deben:

  • Cargarse regularmente con cables
  • Cambiar sus baterías
  • Colocarse en una base de carga inalámbrica

Estos tres métodos requieren de un mantenimiento periódico, lo que puede resultar engorroso y costoso principalmente para aplicaciones con un gran número de dispositivos o con dispositivos que son difíciles de localizar o acceder.

Una solución prometedora para este desafío es la transferencia de energía inalámbrica de radiofrecuencia (RF). Aunque las señales de RF se han utilizado tradicionalmente solo para la transmisión de datos pueden también transferir energía «over the air». Un dispositivo con la capacidad de transferir energía de RF puede convertir las señales de RF en una señal de corriente continua (CC) para energizar sus circuitos.

La energización inalámbrica por RF es especialmente importante para aplicaciones que comprenden un gran número de dispositivos inalámbricos de baja potencia. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son:

  • Sensores en edificios inteligentes y vehículos autónomos
  • Etiquetas electrónicas
  • Etiquetas de inventario para monitorear y rastrear artículos
  • Dispositivos de internet de las cosas (IoT) de baja potencia que pueden utilizarse en líneas de producción o comercios minoristas

Gracias a la transferencia inalámbrica de RF, estos dispositivos pueden energizarse mientras están en uso y en movimiento, sin la necesidad de intervención manual. Esta tecnología reduce significativamente la necesidad de mantenimiento energético, lo que mejora la eficiencia y reduce costos.

¿Cómo funciona la transferencia inalámbrica de energía de RF?

Un dispositivo puede energizarse por medio de señales de RF por medio de una rectenna (combinación de una antena y un rectificador). La antena captura la señal de RF y el rectificador la convierte en una señal de corriente continua (CC). Esta energía de CC puede utilizarse para energizar directamente el dispositivo o almacenarse en una batería o un supercondensador para su posterior utilización.

Un rectificador por lo general se compone de diodos y un filtro de paso bajo basado en condensadores (LPF). Un rectificador es un elemento de circuito no lineal, por lo que su salida de potencia de CC depende de la no linealidad de la potencia de entrada de RF. No solo la intensidad de la señal de RF de entrada influye en la potencia de CC de salida sino también su forma de onda. Por ejemplo, si se la compara con las señales de envolvente constante, las señales con una elevada relación de potencia pico a promedio (PAPR) producen una mayor salida de potencia CC para una potencia de RF incidente promedio proporcionada. Esto se debe a que si se compara una señal de envolvente constante con la misma potencia eficaz pero menor potencia de pico es más probable que los picos de una señal con PAPR superen el voltaje de encendido del diodo.

Estándar AirFuel Alliance RF

Un estándar que defina todos los procedimientos entre el transmisor y el receptor de RF asegura la interoperabilidad entre dispositivos de diferentes fabricantes, y así fomentar el desarrollo de productos que utilicen la tecnología de transferencia de energía de RF.

AirFuel Alliance es una coalición global de empresas que desarrolla estándares tanto para campo cercano (resonancia magnética) como para campo lejano (por medio de energización inalámbrica de RF). El estándar AirFuel RF, para dispositivos que utilizan resonancia magnética, ya ha sido adoptado por productos comerciales. En enero de 2023, se publicó la especificación básica del sistema de AirFuel, y ya están en preparación para su lanzamiento las pruebas de interoperabilidad y de conformidad con AirFuel RF. Para que el estándar AirFuel Alliance RF certifique un dispositivo, este debe cumplir estos casos de prueba.

Como miembro activo de AirFuel Alliance, Rohde & Schwarz desempeña un papel fundamental en el desarrollo del estándar AirFuel RF. Aprovechamos nuestra experiencia como proveedor de soluciones de T&M para contribuir con el desarrollo de estándares de la industria que darán forma al futuro de la energización inalámbrica.

Ambient IoT de 3GPP

El Proyecto Asociación de Tercera Generación (3GPP) es una organización a nivel mundial que define los estándares para las telecomunicaciones. Al reconocer los requisitos de las nuevas aplicaciones del IoT, como dispositivos sin baterías, 3GPP ha introducido una nueva categoría tecnológica denominada Ambient IoT (IoT ambiental).

El número de conexiones y la densidad de dispositivos en una red de Ambient IoT puede ser ordenes de magnitud superiores a las de las tecnologías de IoT de 3GPP ya implementadas. Al mismo tiempo, la complejidad, la capacidad de almacenamiento de energía, el consumo de energía y la cobertura de red de los dispositivos Ambient IoT son ordenes de magnitud menores a las de las tecnologías LPWW (área amplia de baja potencia) de 3GPP. Las bajas necesidades de potencia de los dispositivos Ambient IoT hacen de las señales de RF una prometedora fuente de energía.

"Deseo agradecer a Rohde & Schwarz por su liderazgo en el desarrollo del probador de energía inalámbrica (WPT) para el estándar AirFuel RF. El WPT permitirá a las empresas probar y validar la conformidad con el estándar AirFuel RF, así como acelerar el despliegue de soluciones interoperables de energía inalámbrica de RF."
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

Energía inalámbrica de RF en Rohde & Schwarz

Proyecto Probador de Energía inalámbrica (WPT)

El proyecto probador de energía inalámbrica (WPT) de Rohde & Schwarz tiene como objetivo desarrollar una solución completa de pruebas para transmisores y receptores de energía inalámbrica. El proyecto se centra en probar la eficiencia de los receptores de energía con diferentes estados de batería. También mide la eficiencia de conversión de RF a CC para diferentes formas de onda de RF.

Además, el proyecto realiza los ensayos de conformidad definidos por el estándar AirFuel Alliance RF. Desde 2022, Rohde & Schwarz viene participando en la conferencia y exposición anual IEEE Wireless Power Tecnología Conference and Expo (WPTCE), el mayor evento a nivel mundial para la investigación de energía inalámbrica y el compromiso de la industria. En mayo de 2024, Rohde & Schwarz presentó diversos ensayos de conformidad con AirFuel Alliance en la WPTCE en Kyoto, Japón.

Los expertos de Rohde & Schwarz ha realizado una presentación sobre transferencia de energía inalámbrica por RF en el congreso inalámbrico en 2023. Puede encontrarse información más detallada en la ponencia RF Wireless Power Transfer: A Study on the Power Transfer Efficiency of Different Waveforms and an Overview of the Standardization Efforts» (Estudio sobre la eficiencia de transferencia de energía de diferentes formas de ondas y una visión general sobre los esfuerzos de estandarización).

Si usted tiene alguna pregunta, por favor contáctenos.

Comunicados de prensa: «Rohde & Schwarz drives AirFuel Alliance RF standardization efforts with first RF wireless power tester prototype»

Comunicados de prensa: «Rohde & Schwarz drives AirFuel Alliance RF standardization efforts with first RF wireless power tester prototype»

Rohde & Schwarz presentó una prueba de concepto para probar sistemas de energía inalámbricos de campo lejano en la IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo (WPTCE) en Kyoto, Japón. El probador de energía inalámbrica de radiofrecuencia (RF) desarrollado por Rohde & Schwarz utiliza equipamiento de T&M de la compañía junto con los kits de desarrollo de carga inalámbrica disponibles en el mercado. También incluye funciones de automatización de pruebas y una interfaz web fácil de usar. Con esta configuración, Rohde & Schwarz es compatible con el estándar AirFuel Alliance RF.

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