Японские учёные разработали передающее устройство, способное одновременно получать энергию.
Учёным из Токийского технологического института удалось создать экспериментальный образец приемно-передающего устройства с 64-элементной фазированной антенной решеткой. Устройство может принимать и передавать данные, при этом превращая в электричество энергию радиоволн специального более мощного "энергетического" сигнала.
Исходной целью разработчиков было создание компонента релейной станции 5G, однако достигнутый результат показывает, что устройства подобного типа смогут быть более чем востребованы в сфере IoT. Они позволят кардинально изменить принцип функционирования IoT-приборов благодаря замене батареи на беспроводную зарядку, что, в свою очередь, поможет уменьшить габариты приборов, а значит сократить расходы на их производство и обслуживание.
Конструкция приёмо-передающего устройства представляет собой своего рода чип, на передней части которого расположена фазированная антенная решетка, чьи 64 элемента разделены на четыре группы. Тонкая гибкая печатная плата, находящая сзади устройства, снабжена четырьмя высокочастотными интегральными чипами - по одному на каждый сектор антенной решетки. Интегральные чипы оснащены высокоэффективными высокочастотными выпрямителями и фазовращателями, которые контролируют диаграмму направленности соответствующего сектора антенной решетки. Выход, по которому передается собранная энергия, и управляющие линии выведены на разъем, к которому подключается внешнее прикладное устройство.
Такое приёмо-передающее устройство способно одновременно принимать два сигнала: на частоте 28 ГГц - информационный и на частоте 24 ГГц - энергетический, который выпрямляется и в виде постоянного тока подается на внешнее устройство, питая его. С целью повышения эффективности такой конструкции сигналы с четырех сегментов антенны выравниваются по фазе перед подачей на выпрямитель.
Для того, чтобы процессор внешнего устройства мог успешно обрабатывать информационный сигнал, тот преобразуется до промежуточной частоты в 4 ГГц. В процессе передачи информации происходит обратное преобразование 4-ГГц сигнала до частоты в 28 ГГц с последующим его излучением в направлении, с которого был получен предыдущий сигнал.
В ходе серии экспериментов учёные выяснили, что 64-элементной фазированной антенной решетки достаточно для передачи внешнему устройству 1 милливата мощности даже в том случае, если направление передатчика отклонено от оси антенны в плюс-минус 45 градусов. Исследователи посчитали, что для передачи мощности в 10 милливатт потребуется антенна с 1024 элементами.
Разработчики инновационного приёмо-передающего устройства планируют продолжить свои исследования с целью создания таких приемопередатчиков, которые будут обладать большим количеством элементов и функционировать на более высоких частотах, что поможет увеличить количество получаемой энергии, дальность работы и скорость передачи информации.
По материалам dailytechinfo.org