Створено пристрій, здатний приймати дані та одночасно отримувати енергію

Поява бездротових мереж стандарту 5G, здатних передавати сигнали на високих частотах у міліметровому діапазоні, відкриває низку нових можливостей для технологій бездротової передачі енергії. І нещодавно дослідники з Токійського технологічного інституту розробили прототип приймально-передавального пристрою, забезпеченого 64-елементними фазованими антенними решітками, який здатний приймати та передавати дані, і, одночасно з цим, перетворювати на електрику енергію радіохвиль спеціального потужнішого «енергетичного» сигналу.

Спочатку цей пристрій призначався для створення компонента релейної станції 5G, але тепер дослідники розглядають його з точки зору використання в пристроях так званого Інтернета речей (Internet of Things, IoT). Це дозволить IoT-пристроям повністю позбавитися батарей, кабелів та джерел живлення, що дозволить зменшити їх розміри, знизити собівартість та витрати на обслуговування.

На передній частині цього свого роду чіпа знаходиться фазовані антенни решітки з 64-елементами, розбитими на чотири групи. На задній стороні пристрою розташовується тонка і гнучка друкована плата з чотирма виготовленими на замовлення високочастотними інтегральними чіпами, по одному на кожен сектор решітки антени. Кожен із чіпів містить фазообертач, що використовується для управління діаграмою спрямованості свого сектора антеної решітки, та високоефективний високочастотний випрямляч. Вихід, яким передається зібрана енергія і керуючі лінії виведені на роз’єм, до якого підключається зовнішній прикладний пристрій.

Базова станція для такого чіпа передає два сигнали, інформаційний на частоті 28 ГГц, та енергетичний на частоті 24 ГГц. Енергетичний сигнал випрямляється та у вигляді постійного струму подається на зовнішній пристрій, активуючи його роботу. При цьому сигнали з чотирьох сегментів антени вирівнюються по фазі для збільшення ефективності та тільки після цього подаються на випрямляч.

Інформаційний сигнал перетворюється до проміжної частоти 4 ГГц, що полегшує його обробку процесором зовнішнього пристрою. Процес передачі інформації полягає у зворотному перетворенні 4-ГГц сигналу до частоти 28 ГГц, і його випромінювання в напрямку з якого був отриманий попередній сигнал.

Проведені випробування пристрою показали, що антена з 64 елементами здатна забезпечити передачу зовнішнього пристрою 1 мл потужності навіть при відхиленні напрямку передавача від осі антени в плюс-мінус 45 градусів. А антена з 1024 елементами, згідно з розрахунками, буде здатна віддавати потужність 10 міліватів.

Отримавши перші підтвердження працездатності нової технології, японські вчені вже працюють у напрямку створення приймачів з антенними матрицями з великою кількістю елементів і здатних працювати на більш високих частотах, що дозволить підвищити кількість отримуваної енергії, збільшити дальність роботи та швидкість передачі інформації. Джерело