Transmisión de potencia inalámbrica

Potencia inalámbrica por radiofrecuencia

Alimentación de dispositivos de baja potencia con energía de radiofrecuencia

Cada año aumenta la cantidad de dispositivos de comunicación inalámbrica; para el año 2030 se espera que superen los 24 000 millones. Estos dispositivos ofrecen cada vez más capacidad y, sin embargo, para su suministro de energía se siguen empleando métodos convencionales. En la actualidad existen las siguientes opciones para suministrar energía a los dispositivos:

  • carga regular mediante cable
  • sustitución de la batería
  • colocación sobre un módulo de carga

Estos tres métodos exigen un mantenimiento periódico, lo que resulta incómodo y costoso para aplicaciones con numerosos dispositivos o para dispositivos de difícil localización o acceso.

Una solución con muy buenas perspectivas para resolver este problema es la transmisión de potencia inalámbrica por radiofrecuencia (RF). Si bien las señales de radiofrecuencia se han venido utilizando solamente para la transmisión de datos, también pueden transferir energía «over the air». Un dispositivo con funciones de transferencia de energía por RF puede convertir señales de radiofrecuencia a una señal de corriente continua (CC) para alimentar su circuitería.

La alimentación eléctrica inalámbrica por RF es especialmente interesante para aplicaciones que abarcan una gran cantidad de dispositivos inalámbricos de baja potencia. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son:

  • sensores en edificios inteligentes y vehículos autónomos
  • etiquetas electrónicas para estantes
  • etiquetas de clasificación para el seguimiento de objetos
  • dispositivos de Internet de las cosas (IoT) de baja potencia que pueden utilizarse en líneas de producción o establecimientos comerciales

Gracias a la transmisión de potencia inalámbrica por RF, estos dispositivos pueden alimentarse mientras se utilizan y están en movimiento sin necesidad de una intervención manual. Esta tecnología reduce de forma notable la necesidad de mantenimiento energético, lo que aumenta la eficiencia y reduce costes.

¿Cómo funciona la transmisión de potencia inalámbrica por RF?

Un dispositivo puede recibir alimentación eléctrica por señales de radiofrecuencia a través de una antena rectificadora, que combina una antena y un rectificador. La antena captura la señal de radiofrecuencia, y el rectificador convierte la señal de RF a una señal de corriente continua (CC). Esta energía de CC se puede utilizar a continuación para alimentar directamente el dispositivo o almacenarse en una batería o un supercondensador para el uso posterior.

Un rectificador se compone típicamente de diodos seguidos de un filtro paso bajo basado en un condensador. Un rectificador es un elemento de circuito no lineal, de forma que su salida de CC depende de forma no lineal de la potencia de entrada de RF. En la potencia de CC de salida no solo influye la intensidad de la señal de radiofrecuencia de entrada, sino también su forma de onda. Por ejemplo, las señales con un alto factor cresta (PAPR) alcanzan una salida de potencia de CC más alta para una potencia de RF media incidente determinada que las señales de envolvente constante. Esto se debe a que los picos de una señal con PAPR alto tiene mayor probabilidad de superar la tensión de conducción frente a una señal de envolvente constante con la misma potencia eficaz pero menor potencia pico.

Norma de RF de la AirFuel Alliance

Esta norma define todos los procedimientos entre transmisores y receptores de RF para garantizar la interoperabilidad entre dispositivos de diferentes fabricantes, con el fin de promover el desarrollo de productos que utilicen la tecnología de transferencia inalámbrica de potencia por radiofrecuencia.

AirFuel Alliance es una agrupación global de empresas que desarrolla estándares tanto de campo cercano (resonancia magnética) como de campo lejano (suministro eléctrico inalámbrico por RF). El estándar AirFuel Resonant, que se refiere a los dispositivos que utilizan la resonancia magnética, ya ha sido adoptado en productos comerciales. En enero de 2023 se publicó la especificación de sistema de base AirFuel RF, y actualmente se están preparando los ensayos de interoperabilidad y de conformidad de AirFuel RF. Para obtener la certificación de conformidad con la norma de RF de AirFuel Alliance, un dispositivo debe superar los casos de prueba correspondientes.

Como miembro activo de la AirFuel Alliance, Rohde & Schwarz juega un papel esencial en el desarrollo de la norma de RF de AirFuel. Aportamos toda nuestra competencia y experiencia en la fabricación de instrumentación para contribuir al desarrollo de normas industriales que conformarán el futuro de la transferencia de energía inalámbrica.

Ambient IoT de 3GPP

El proyecto 3GPP (3rd Generation Partnership Project) es una organización global que define normas para las telecomunicaciones. Consciente de los requisitos de las nuevas aplicaciones del IoT, como los dispositivos sin batería, 3GPP ha introducido una nueva categoría tecnológica denominada Ambient IoT.

El número de conexiones y la densidad de dispositivos en una red Ambient IoT pueden alcanzar órdenes de magnitud superiores a los de las tecnologías de IoT 3GPP existentes. Al mismo tiempo, la complejidad, la capacidad de almacenamiento de energía, el consumo energético y la cobertura de red de los dispositivos Ambient IoT son menores que en las tecnologías 3GPP de área extensa de baja potencia (LPWA) disponibles. Dada la baja demanda de potencia de los dispositivos Ambient IoT, las señales de RF se revelan como una prometedora fuente de energía.

"Quiero agradecer a Rohde & Schwarz por su papel líder en el desarrollo de un comprobador de potencia inalámbrico (WPT) para la norma de RF de AirFuel. El WPT permitirá a las empresas probar y validar la conformidad con la norma AirFuel RF y acelerar el despliegue de soluciones de transmisión de energía por RF interoperables."
Dr. Sanjay Gupta, President and Chairman of AirFuel Alliance

Transferencia de potencia inalámbrica por RF en Rohde & Schwarz

Proyecto Wireless Power Tester (WPT)

El proyecto Wireless Power Tester (WPT) de Rohde & Schwarz se dedica a desarrollar una solución de test completa para verificar la transferencia de potencia inalámbrica en transmisores y receptores. El proyecto se centra en la verificación de la eficiencia de receptores de potencia inalámbricos con distintos estados de batería. También estudia las medidas de la eficiencia de conversión de RF a CC con diferentes formas de onda de radiofrecuencia.

Además, el proyecto realiza los ensayos de conformidad definidos en la norma de RF de la AirFuel Alliance. Desde 2022, Rohde & Schwarz participa anualmente en la IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo (WPTCE), el evento más importante a escala mundial en torno a la investigación y la cooperación industrial en el campo de la transferencia de potencia inalámbrica. En mayo de 2024, Rohde & Schwarz presentó varios ensayos de conformidad de AirFuel Alliance en la WPTCE celebrada en Kioto (Japón).

Los expertos de Rohde & Schwarz ofrecieron una presentación sobre transferencia de potencia inalámbrica por RF en el Wireless Congress de 2023. Para obtener información más detallada, consulte el informe correspondiente RF Wireless Power Transfer: A Study on the Power Transfer Efficiency of Different Waveforms and an Overview of the Standardization Efforts.

Si tiene alguna pregunta, póngase en contacto con nosotros.

Nota de prensa: Rohde & Schwarz impulsa el trabajo de estandarización de la AirFuel Alliance RF con un primer prototipo de comprobador de transmisión de potencia inalámbrica por RF

Nota de prensa: Rohde & Schwarz impulsa el trabajo de estandarización de la AirFuel Alliance RF con un primer prototipo de comprobador de transmisión de potencia inalámbrica por RF

Rohde & Schwarz exhibió una prueba de concepto para pruebas de sistemas de transmisión de potencia inalámbrica de campo lejano en el IEEE Wireless Power Technology Conference and Expo (WPTCE) de Kioto (Japón). El comprobador de transmisión de potencia inalámbrica por radiofrecuencia (RF) desarrollado por Rohde & Schwarz utiliza los instrumentos de la compañía junto con kits de desarrollo de carga inalámbrica disponibles en el mercado. También incluye funciones para automatizar los test y una interfaz web de manejo sencillo. Con esta configuración de medida, Rohde & Schwarz apoya la norma de RF de la AirFuel Alliance.

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