Mimo'nun Kablosuz Güç Transfer Sistemlerinde Geleceği
Multipl-input çoklu- ⁇ (MIMO) anten teknolojisi ve kablosuz güç transferi (WPT), enerji sunumundaki en dinamik sınırlardan birini temsil ediyor. Son on yılda, MIMO, radyo-freze iletişimlerini uzaysal çeşitlilik üzerinden artırmak için dönüştürdü. Şimdi, aynı ilkeler tüketici elektronik ve elektrik araçlarına implantasyon ve internete entegre etmek için kullanılıyor.
MIMO Teknolojisini Anlamak
MIMO sistemleri, verici ve alıcıda birden çok anten kullanıyor ve paralel olarak sinyalleri alıyor. radyo iletişiminde, bu uzaysal çoklu algılama veri kapasitesinin ek spektrum veya güç gerektirmeden değiştirilmesini sağlıyor. Kablosuz güç transferi için, temel fikir benzer: tek bir anahtarlama kullanmak yerine, MIMOT daha yüksek güç transferleri oluşturabilir (PTE) daha fazla mesafeye odaklanır, yanlış anlama için yanlış anlama sağlar.
MIMO WPT'nin kalbinde, elektromanyetik alanı şekillendirme yeteneği yatıyor. Her bir iletiyi iletme aşamasına ayarlayarak, sistem belirli yönlerde enerji yönlendirebilir, bir iletişim ortamında, kirişleme sinyalini geliştirir; güç transferinde, bazı yollar kanalize edilmiş bir güce odaklanır, özellikle de hareketli olmayan alanlardan gelen bir şekilde teslimata maruz kalma ve en iyi şekilde erişilebilir hale gelir.
MIMO Power Transfer Verimliliği Nasıl Geliştirir
Konvansiyonel resonant indüktif darbe, yüksek verimlilik elde eder, ancak tırnakları sıkı bir şekilde sıkıştırılır ve birkaç santimetre veya metre içinde, anahtarlama ortamındaki mesafeyi kullanmaya bağlı olarak, daha iyi bir mikrodalga kirişleri ile kapalı alanlar, daha uzun mesafelerde çalışır, ancak alıcıya sıkı bir şekilde odaklanmış olmadığı için, yüksek enerji algoritmalarını kullanarak boşluğunu kullanarak boşlukları gider.
MIMO WPT'deki anahtar ölçümler, güç transfer verimliliğini (PTE) ve alıcıdaki çıktı gücü içerir.T:0]).IEEE Transactions on Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri[Döneticileri ile birlikte) yüksek çözünürlükte MIMO mimarisinin PTE'yi 2-4 kat daha az sayıda güçle elde edebileceği, aynı büyüklükteki yüksek çözünürlükte 5 kat daha fazla yüksek çözünürlükte bir sistemle birlikte yüksek çözünürlükte 5 kat daha fazla yüksek çözünürlükte bir sistemle elde edebilir.
Kablosuz Güçdeki MIMO Uygulamaları
MIMO WPT hala gelişmekte olan bir alan olmasına rağmen, çeşitli pratik uygulamalar avantajlarından yararlanmaya başladı:
Elektrikli Araç Şarji
Elektrikli araçlar için kablosuz şarj (EV) genellikle, aracın on santimetreye kadar dengelediği büyük, düz pedlere dayanıyor. MIMO teknolojisi bu ayar toleranslarını arabada ve ilgili bir diziyi kullanarak, sistem dinamik olarak alıcıya yönlendirdi, yüksek verimli bir şekilde şarja izin veren bir sistemdir - bu şekilde şarj edilebilir.Bu sayede, yol yüzeyinin altında bantlar ve araçta gelen şeritleri kullanarak.
Tüketici Elektronik
Cota ve WattUp gibi şirketler, bir oda içinde cihazlara güç sunmak için çok sayıda anten kullanıyor. Mevcut çıktı birkaç watt ile sınırlı olsa da - IoT sensörleri, işitme cihazı ve akıllı ev cihazları için - teknoloji gelişmektedir. Gelecekte, ve tabletler gibi, ve tabletler sürekli olarak şarj edilebilir.
Tıbbi İmplantlar
Pacemakers, nörostimulatörler ve diğer implantable cihazlar, daha az boşanmış bir radyasyona sahip güvenilir bir güç gerektirir. MIMO WPT, 4×4 MIMO sistemi, çok sayıda dış anten kullanarak, sistem sürekli bir operasyon için enerji sağlayabilir, belirli bir absorpsiyonel ölçüm için özel bir şekilde çalışır.
Industrial IoT ve Sensör Ağları
Fabrikalar ve depolar giderek kablosuz sensörleri ekipman, sıcaklık ve envanter izlemek için dağıtıyor. Her sensöre bataryalar pahalı; MIMO WPT, akıllı bina veya endüstriyel kampüs içinde 10-30 metreden fazla güce sahip olan merkezi bir verici kullanarak, merkezi bir anten dizisiyle, sistem geniş bir kirişe yayın gücü kullanarak veya belirli yüksek talep edilen sensörler için yönlendirilebilir.
Teknik ve Pratik Zorluklar
Sözcülüğe rağmen, MIMO WPT, yaygın kabul öncesi aşılması gereken birkaç önemli engelle karşı karşıyadır.
Interference and Regulationy Constraints
Kablosuz güç sistemleri paylaşılan frekans gruplarında çalışır, genellikle ISM gruplarında (örneğin, 2.4 GHz, 5.8 GHz, 915 MHz) Yüksek güç kirişleri, Wi-Fi, Bluetooth ve diğer iletişim sistemleri ile müdahale edebilir. MIMO WPT vericileri, ultra geniş bantlı (UWB) veya milisli güç limitleri dahil olmak üzere daha yüksek frekanslılar tarafından sıkı bir şekilde uygulanır.
Güvenlik ve Exposure
Radyo-fret elektromanyetik alanlara maruz kalma, termal etkileri ve diğer sağlık risklerini önlemek için düzenlenir. MIMO WPT sistemleri, belirli absorpsiyon oranını (SAR) aşağıdaki eşlerin altında kalması ve kısmi maruz kalma için 1.6 W/kg'lık bir kirişler. Adaptif bir kirişler, enerjileri insanlardan ve evcil hayvanlardan uzaklaştırarak yardımcı olabilir, ancak bu doğru algılayıcı ve hızlı algoritmaları gerektirir.
Maliyet ve Kompleksi
Bir MIMO serisindeki her anten elemanı kendi faz kaymasını gerektirir, güç yükselticisi ve kontrol devreleri. 16-element serisi için, bu çok sayıda malzeme tek bir teptür sistemi ile kıyasla yalnızca premium ürünlerde kullanılır: kanal tahminleri, kanal tahminleri hızla hareket eden alıcıları takip etmek için yapılmalıdır, bu da bilgisayar elektronikleri için maliyet ve boyut parasaldır.
Standartlar ve Interoperability
Kablosuz güç endüstrisi, rekabet standartları ile uzun süredir mücadele etti – Qi, PMA, A4WP ve diğerleri – bu her zaman uyumlu değil. MIMO WPT, karmaşıklıkların başka bir boyutunu ortaya çıkarabilir. Kablosuz Power Consortium (WPC) ve AirFuel Alliance gibi endüstri organları, iletişim protokolleri, kanal tahmin prosedürleri ve MIMO sistemleri için güç teslimat profillerini içeren özellikleri geliştirmek zorunda kalacak.
Future Developments ve Gelişen Trendler
İleriye bakıldığında, birkaç araştırma yolu ve piyasa trendleri, MIMO'nun kablosuz güç transferindeki yörüngesini şekillendirecektir.
Massive MIMO ve Millimeter-Wave Power Transfer
Massive MIMO, başlangıçta 5G hücresel temel istasyonlar için gelişmiştir, 64, 128 veya daha fazla antenler yüksek yönerge kirişleri oluşturmak için daha fazla antenler kullanır. Aynı konsept WPT'ye uygulanan enerji teslimatını bugün kısa menzilli sistemlerle karşılaştırılabilir yüzlerce metre boyunca azaltılabilir.In milimetre-yoğuk frekanslar (24-60 GHz), anten elemanları kompakt bir şekilde büyük bir IP sinyaline sığabilir ve güvenlik için çok dar olabilir. Örneğin, 128-element anten serisini 28 GHz'de sağlayabilir.
Simultane Kablosuz Bilgi ve Güç Transferi (SWIPT)
MIMO, SWIPT için doğal olarak uygundur, aynı sinyal hem veri hem de enerji taşır. Bu entegrasyon, hem bağlantı hem de güce ihtiyaç duyan IoT'nin en yüksek çözünürlükte elde etmesi için bir araya gelmesi veya şarj devresini ortadan kaldırmak için bazı antenleri ortadan kaldırır.
Dinamik ve Kendi kendini optimize eden sistemler
Future MIMO WPT sistemleri, robotun tipik bir yol ve presteer'i değiştirmek için makine öğrenimi ve gerçek zamanlı kanal tahminlerini içerecektir. Kanal tahminleri için periyodik pilot sinyallerin kullanılması yerine, verici tarihsel verileri ve hareket takip etmek için birden fazla kanalı tahmin edebilir. Örneğin, bir sistem, bir depoda bir mobil robotun tipik bir yolunu ve kamu dağıtımlarını mümkün olmayan ortamlarda öğrenebileceğini bir sistem.
Enerji Hasat ve Depolama ile entegrasyon
MIMO WPT pilleri tamamen değiştirmeyecek, ancak alıcının küçük bir dizi dikdörtgen (düşük antenler) RF'i DC'ye dönüştürecek kadar yüksek güç izlemesi için, sistem küçük bir batarya veya doğrudan bir mikro kontrol cihazıyla birlikte çalışabilecektir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
MIMO'nun kablosuz güç transfer sistemleri geleceği, elektromanyetik mühendisliğin, sinyal işleme ve sistemlerin entegrasyonu ile tanımlanır. Birden çok anteni kullanarak MIMO, kablosuz güç teslimatını ve sağlamlığını geliştirir, tarihsel olarak kısıtlanan WPT'yi kısa vadeli, sabit yönlendirme senaryoları olarak sınır dışı etmek için sınır dışı eden kısıtlamalara uğratır.