आरएफ ऊर्जा की कटाई

दुनिया भर में कई वायरलेस डिवाइस काम कर रहे हैं जो लोगों के जीवन को कई तरीकों से आसान और आरामदायक बनाता है, लेकिन इन सभी वायरलेस डिवाइसों को उपयोग करने के लिए बार-बार चार्ज करने की आवश्यकता होती है। लेकिन क्या हो सकता है, हम उसी रेडियो फ्रीक्वेंसी का उपयोग कर सकते हैं जो उपकरणों को चार्ज करने के लिए डेटा ट्रांसफर करती है। यह तकनीक डिवाइस के अंदर सर्किट को शक्ति प्रदान करने के लिए बैटरियों के उपयोग को कम या छोड़ देगी। विचार गति या सौर ऊर्जा से ऊर्जा उत्पन्न करने के बजाय एंटेना का उपयोग करते हुए रेडियो आवृत्ति से ऊर्जा काटा जाता है। इस लेख में आरएफ ऊर्जा कटाई के बारे में विस्तार से चर्चा की जाएगी ।

आरएफ ऊर्जा कटाई कैसे काम करती है?

RF के कई स्रोत उपलब्ध हैं लेकिन सबसे पहले समझने वाली महत्वपूर्ण बात यह है कि RF को ऊर्जा या बिजली में कैसे बदलें ? प्रक्रिया काफी सरल है, यह एक सिग्नल प्राप्त करने वाले एंटीना की सामान्य प्रक्रिया की तरह है। तो, आइए एक सरल आरेख का उपयोग करके रूपांतरण की प्रक्रिया को समझते हैं।

स्रोत (कोई भी उपकरण या इलेक्ट्रॉनिक सर्किट हो सकता है) जो आरएफ सिग्नल और एप्लिकेशन सर्किट को प्रसारित करता है, जिसमें ऊर्जा रूपांतरण के लिए एक इनबिल्ट सर्किट होता है, आरएफ प्राप्त करता है, जो तब एंटीना की लंबाई में एक संभावित अंतर का कारण बनता है और एक आंदोलन बनाता है एंटीना के माध्यम से चार्ज वाहक। आवेश वाहक RF से DC रूपांतरण परिपथ में स्थानांतरित होते हैं अर्थात आवेश अब DC करंट में परिवर्तित होते हैं, जो उस परिपथ का उपयोग कर अस्थायी रूप से संचित होता है। फिर पावर कंडीशनिंग सर्किट का उपयोग करते हुए, ऊर्जा को लोड द्वारा वांछित के रूप में प्रवर्धित या परिवर्तित किया जाता है।

ऐसे कई स्रोत हैं जो उपग्रह स्टेशनों, रेडियो स्टेशनों, वायरलेस इंटरनेट जैसे आरएफ संकेतों को प्रसारित करते हैं। कोई भी एप्लिकेशन जिसमें RF ऊर्जा संचयन सर्किट लगा होता है, वह संकेत प्राप्त करता है और इसे बिजली में परिवर्तित करता है।

रूपांतरण की प्रक्रिया तब शुरू होती है जब प्राप्त एंटीना सिग्नल प्राप्त करता है और एंटीना की लंबाई में एक संभावित अंतर पैदा करता है जो आगे एंटीना के चार्ज वाहक में एक आंदोलन बनाता है। एंटीना से ये चार्ज वाहक तारों के माध्यम से जुड़े प्रतिबाधा मिलान सर्किट में चले जाते हैं। प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क (IMN) सुनिश्चित करें कि करने के लिए एंटीना (आरएफ स्रोत) से सत्ता हस्तांतरण करता रेक्टिफायर / वोल्टेज गुणक (लोड) अधिकतम है। एक आरएफ सर्किट में बाधा उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि डीसी सर्किट में प्रतिरोध, स्रोत और लोड के बीच इष्टतम बिजली हस्तांतरण के लिए।

ऐन्टेना पर प्राप्त RF सिग्नल में साइनसुयोडल वेवफॉर्म होता है यानी AC सिग्नल होता है और इसे DC सिग्नल में बदलना पड़ता है। IMN से गुजरने के बाद, रेक्टिफायर या वोल्टेज मल्टीप्लायर सर्किट को ठीक करता है और एप्लीकेशन की जरूरत के अनुसार सिग्नल को बढ़ाता है। रेक्टिफायर सर्किट एक आधा-लहर, पूर्ण-तरंग या एक पुल रेक्टिफायर नहीं है, इसके बजाय यह वोल्टेज गुणक (एक विशेष रेक्टिफायर) सर्किट है जो सिग्नल को सुधारता है और एप्लिकेशन आवश्यकता के आधार पर सुधारित सिग्नल को भी बढ़ाता है।

एक वोल्टेज गुणक का उपयोग करके एसी से डीसी में परिवर्तित बिजली पावर प्रबंधन सर्किट में जाती है जो बिजली को स्टोर करने के लिए कैपेसिटर या बैटरी का उपयोग करता है और जब भी जरूरत होती है लोड (आवेदन) को आपूर्ति करता है।

क्या हैं?

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, आरएफ सिग्नल का उपयोग करने वाले कई उपकरण हैं इसका मतलब है कि ऊर्जा की कटाई के लिए आरएफ सिग्नल प्राप्त करने के लिए कई स्रोत होंगे।

आरएफ स्रोत जिन्हें ऊर्जा के स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है:

• रेडियो स्टेशन: पुराने लेकिन योग्य, रेडियो स्टेशन नियमित रूप से RF संकेतों का उत्सर्जन करते हैं जिनका उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जा सकता है।
• टीवी स्टेशन: यह भी एक पुराना लेकिन योग्य स्रोत है जो 24/7 सिग्नल भेजता है और इसे ऊर्जा का एक अच्छा स्रोत माना जाता है।
• मोबाइल फोन और बेस स्टेशन: अरबों मोबाइल फोन और उनके बेस स्टेशन आरएफ संकेतों का उत्सर्जन करते हैं जो परिणामस्वरूप ऊर्जा का एक अच्छा स्रोत हैं।
• वायरलेस नेटवर्क: हर जगह कई वाई-फाई राउटर और वायरलेस डिवाइस मौजूद हैं और उन्हें आरएफ से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक अच्छा स्रोत भी माना जाना चाहिए।

ये दुनिया भर में मौजूद प्रमुख उपकरण हैं जो आरएफ के प्रमुख स्रोत हैं जिनका उपयोग ऊर्जा की फसल के लिए किया जा सकता है अर्थात विद्युत ऊर्जा उत्पन्न की जा सकती है।

रेडियो ऊर्जा संचयन के व्यावहारिक अनुप्रयोग

आरएफ सिस्टम का उपयोग करने वाले ऊर्जा हारवेस्टर के कुछ अनुप्रयोग नीचे सूचीबद्ध हैं:

• RFID कार्ड: RFID (रेडियो फ्रीक्वेंसी आइडेंटिफिकेशन) तकनीक एनर्जी हार्वेस्टिंग की अवधारणा का उपयोग करती है जो RFID रीडर से ही RF सिग्नल प्राप्त करके अपने 'टैग' को चार्ज करती है। आवेदन मॉल, मेट्रो, ट्रेन स्टेशनों, उद्योगों, कॉलेजों, और कई अन्य स्थानों में देखा जा सकता है।
• अनुसंधान या मूल्यांकन: कंपनी पॉवरकास्ट ने एक मूल्यांकन बोर्ड- "P2110 Eval बोर्ड" लॉन्च किया है जिसका उपयोग अनुसंधान उद्देश्यों के लिए या आवश्यक और प्राप्त शक्ति और मूल्यांकन के बाद किए जाने वाले परिवर्तनों पर विचार करने वाले कुछ नए अनुप्रयोगों के मूल्यांकन के लिए किया जा सकता है।

इन व्यावहारिक अनुप्रयोगों के अलावा, ऐसे कई क्षेत्र हैं जहाँ एनर्जी हार्वेस्टिंग तकनीक का उपयोग किया जा सकता है जैसे औद्योगिक निगरानी, ​​कृषि उद्योग इत्यादि।

आरएफ ऊर्जा संचयन की सीमाएं

अच्छे अनुप्रयोगों और कई लाभों के साथ, कुछ नुकसान भी हैं और ये नुकसान उस चीज में मौजूदा सीमा के कारण होते हैं।

तो आरएफ ऊर्जा संचयन प्रणाली के लिए सीमाएँ हैं:

• निर्भरता: आरएफ ऊर्जा संचयन प्रणाली की एकमात्र निर्भरता प्राप्त आरएफ संकेत गुणवत्ता है। वायुमंडलीय परिवर्तनों या भौतिक बाधाओं के कारण आरएफ मूल्य को कम किया जा सकता है और आरएफ सिग्नल के संचरण का विरोध कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन में कम शक्ति होती है।
• दक्षता: चूंकि सर्किट इलेक्ट्रॉनिक घटकों से बना होता है, जो समय के साथ अपनी कार्यक्षमता खो देते हैं और तदनुसार नहीं बदले जाने पर खराब परिणाम देते हैं। नतीजतन, यह सिस्टम दक्षता को एक पूरे के रूप में प्रभावित करेगा और बदले में अनुचित उत्पादन प्रदान करेगा।
• जटिलता: सिस्टम के लिए रिसीवर को इसके अनुप्रयोगों और पावर स्टोरेज सर्किट के आधार पर डिज़ाइन करने की आवश्यकता होती है, जो इसे बनाने के लिए अधिक जटिल बनाता है।
• फ्रीक्वेंसी: कोई भी सर्किट या डिवाइस जो कि फसल ऊर्जा के लिए एक आरएफ सिग्नल प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, केवल एक आवृत्ति बैंड को संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है और एकाधिक नहीं। तो, यह केवल उस बैंड स्पेक्ट्रम तक ही सीमित है।
• चार्जिंग टाइम: रूपांतरण से अधिकतम बिजली उत्पादन मिलीवेट या माइक्रोवेव में होता है। तो, अनुप्रयोग द्वारा आवश्यक बिजली का उत्पादन करने के लिए एक लंबे समय की आवश्यकता होगी।

इन सीमाओं के अलावा, रेडियो फ़्रीक्वेंसी (RF) का उपयोग करने वाले एनर्जी हार्वेस्टिंग के कई फायदे हैं, जिसके परिणामस्वरूप इसका स्वचालन उद्योग, कृषि, IOT, हेल्थकेयर इंडस्ट्री आदि में अनुप्रयोग है।

बाजार में उपलब्ध आरएफ एनर्जी हार्वेस्टिंग हार्डवेयर

बाजार में उपलब्ध हार्डवेयर जो रेडियो फ्रीक्वेंसी एनर्जी हार्वेस्टिंग का समर्थन करते हैं:

• पॉवरकास्ट P2110B: कंपनी पॉवरकास्ट ने P2110B लॉन्च किया है जिसका उपयोग मूल्यांकन के साथ-साथ एप्लिकेशन-आधारित उपयोग के लिए भी किया जा सकता है।

• अनुप्रयोग:
  • बैटरी रहित वायरलेस सेंसर
    • औद्योगिक निगरानी
    • स्मार्ट ग्रिड
    • रक्षा
    • बिल्डिंग ऑटोमेशन
    • तेल गैस
  • बैटरी रिचार्जिंग
    • सिक्का कोशिकाओं
    • पतली-फिल्म की कोशिकाएँ
  • कम बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स

• विशेषताएं:
  • उच्च रूपांतरण दक्षता
  • लंबी दूरी के अनुप्रयोगों को सक्षम करने वाले निम्न-स्तरीय आरएफ संकेतों को परिवर्तित करता है
  • विनियमित वोल्टेज आउटपुट 5 तक।
  • 50mA उत्पादन वर्तमान तक
  • संकेत शक्ति संकेतक प्राप्त किया
  • वाइड आरएफ ऑपरेटिंग रेंज
  • -12 dBm इनपुट के नीचे ऑपरेशन
  • माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण के लिए बाहरी रूप से रीसेट करने योग्य
  • औद्योगिक तापमान सीमा
  • RoHS कॉम्प्लाइंट

• पॉवरकास्ट P1110B: P2110B के समान, पॉवरकास्ट P1110B में निम्नलिखित विशेषताएं और एप्लिकेशन हैं।

• विशेषताएं:
  • उच्च रूपांतरण दक्षता,> 70%
  • कम बिजली की खपत
  • ली-आयन और अल्कलीन बैटरी रिचार्जिंग का समर्थन करने के लिए कॉन्फ़िगर करने योग्य वोल्टेज आउटपुट
  • संधारित्र चार्जिंग का समर्थन करने के लिए 0V से संचालन
  • संकेत शक्ति संकेतक प्राप्त किया
  • वाइड ऑपरेटिंग रेंज
  • -5 dBm इनपुट पावर के लिए नीचे ऑपरेशन
  • औद्योगिक तापमान सीमा
  • RoHS कॉम्प्लाइंट

• अनुप्रयोग:
  • वायरलेस सेंसर
    • औद्योगिक निगरानी
    • स्मार्ट ग्रिड
    • संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी
    • रक्षा
    • बिल्डिंग ऑटोमेशन
    • कृषि
    • तेल गैस
    • स्थान-जागरूक सेवाएं
  • वायरलेस ट्रिगर
  • कम बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स।

ये दो आरएफ आधारित ऊर्जा संचयन उपकरण हैं जो बाजार में उपलब्ध हैं और इन्हें कंपनी पॉवरकास्ट द्वारा विकसित किया गया है ।

आईओटी अनुप्रयोगों में आरएफ ऊर्जा कटाई का उपयोग

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के स्वचालन में इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) की बढ़ती लोकप्रियता के साथ, घरों और उद्योगों के लिए IoT अनुप्रयोगों को विकसित किया जा रहा है, जो संभावित रूप से ट्रिगर के इंतजार में वर्षों तक संचालित रह सकते हैं। ऊर्जा संचयन क्षमता के साथ, ऐसे उपकरण शाब्दिक रूप से अपनी बैटरी को रिचार्ज करने के लिए हवा से ऊर्जा खींच सकते हैं या पर्यावरण से पर्याप्त ऊर्जा काटा जा सकता है ताकि बैटरी को चार्ज करने के लिए किसी बाहरी ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता न हो। ऐसे स्व-संचालित सेंसर अब आमतौर पर " शून्य-शक्ति" के रूप में संदर्भित होते हैंएक IoT बादल पर सीधे सेंसर डेटा प्रदान करने की उनकी क्षमता के लिए वायरलेस सेंसर, ऊर्जा का कोई स्पष्ट स्रोत के साथ एक वायरलेस गेटवे का उपयोग कर। उपलब्ध आरएफ ऊर्जा स्रोतों से बिजली की कटाई करके, अल्ट्रा-लो-पावर (ULP) वायरलेस उपकरणों की एक नई पीढ़ी, जैसे कि IoT सेंसर, दूरस्थ निगरानी जैसे कम-रखरखाव अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया जा सकता है।

ऊर्जा संचयन को वायरलेस संचार के लिए "साथी" तकनीक की तरह माना जाता है क्योंकि यह मोबाइल उपकरणों के लिए विस्तारित बैटरी जीवन और कुछ इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए संभवतः बैटरी-मुक्त संचालन को सक्षम कर सकता है।