广告

东京工业大学要在空中同时传输5G和电力

2022-06-14 14:50:47 东京工业大学 阅读:
东京工业大学的研究人员创造了一种同时传输电力和 5G 信号的设备。这款 5G 网络信号收发器采用全无线供电,在大距离和角度下具有高功率转换效率。

手机等移动通信的高速化,使我们在日常生活中提供语音通话、互联网连接、视频观看/分发等各种服务成为可能。在 5G 和下一代移动通信系统 6G 时代,基于XR 技术连接现实世界和虚拟世界的服务将变得司空见惯。为了支持新时代更大的数据流量,5G正在推动在传统的sub 6 GHz频段之外使用毫米波频段。在日本,28GHz 频段被分配给毫米波频段 5G,超过 10Gbps 的无线通信是可行的。Nwzednc

使用毫米波段时,可以避开狭窄的频率,实现高速通信,但另一方面,无线电波的直线性强,因此难以绕过建筑物等障碍物,通信面积有限。即使在使用 sub 6 GHz 频段时,基站和中继器也以几十米的间隔安装,但需要更密集和更详细的安装。Nwzednc

但由于安装电源而对安装位置的限制也成为问题,由于一般的毫米波波段中继器至少消耗几瓦到几十瓦的电力,因此难以用电池操作它,并且需要确保电源和安装设备。因此,中继器的安装位置受到限制,安装成本可能会增加。Nwzednc

在此背景下, 毫米波无线电力传输作为物联网解决方案的潜力终于被东京工业大学的研究人员利用,他们创造了一种同时传输电力和 5G 信号的设备。这款 5G 网络信号收发器采用全无线供电,在大距离和角度下具有高功率转换效率。Nwzednc

自从 Nikola Tesla 首次提出无线传输电力的想法以来,已经有多种努力将这一概念用于不同的应用。Nwzednc

一种新的方法是使用 5G 网络。随着 5G 网络开始上线,物联网网络的规模预计会随之增加。由于网络上有如此多的设备,因此越来越需要制造能够处理 5G 信号的无线供电设备。此类设备的生产面临着许多无线供电设备面临的相同障碍——传输距离短和接收电力的固定方向。Nwzednc

现在,由东京工业大学(Tokyo Tech)副教授领导的一个科学家团队报告了一种用于 5G 网络的无线供电发射器-接收器的生产,它克服了这两个问题。Nwzednc

他们的研究成果在 2022 年 IEEE VLSI 技术和电路研讨会上发表。 Shirane 博士解释说:“毫米波无线电力传输系统是大规模物联网的一个有前途的解决方案,但它一直受到技术问题的阻碍。因此,我们能够通过生产效率高的 5G 收发器取得突破。大角度和距离。”Nwzednc

本研究研制的“毫米波段相控阵无线电”的最大特点是可以通过波束控制同时接收无线电力传输和无线通信信号。迄今为止报道的无线电力传输接收器不具备波束控制特性,或者即使具备,也只能在窄波束角度范围内使用。通过解决该问题,可以延长距离并扩大无线电力传输和无线通信。Nwzednc

该无线电支持28GHz频段的无线通信信号的发送和接收,同时在ISM频段的24GHz频段进行无线电力传输[条款9] 。作为一个用例,它可以用作屏蔽的中继器,方法是将此无线电连接到可以作为无线电波屏蔽的墙壁或窗户的两侧。Nwzednc

在这台收发器中,研究人员设计了一种新的天线集成移相器,它使用点对称天线对来更有效地发射和接收大范围的无线电波(图 1)。Nwzednc

以往移相器仅由电路组成,但本研究将不同馈电位置的点对称天线配对,用开关切换两根天线,作为180°移相器工作。这使得可以减少移相器的损耗。此外,点对称天线对能够在水平和垂直方向上进行波束控制。结果,在不降低无线电力传输效率的情况下,实现了低损耗和二维宽范围无线电波传输/接收。Nwzednc

Nwzednc

图 1.使用设计的点对称天线对的天线/电路集成传输装置Nwzednc

在发送时,可以通过新设计的递归反向散射技术在与接收信号的到达方向相同的方向上发送无线通信信号。通过使用这种技术,可以在所需方向上形成波束作为被动操作,而无需功耗和中继通信。Nwzednc

原型无线电配备了一个 4 芯片无线电 IC,每个芯片集成 16 个收发器,并配置为 64 元件相控阵无线电(图 2)。为了能够贴附在各种地方,收音机板采用了LCP柔性板和刚性板的混合配置,具有优异的高频特性。该无线 IC 采用硅 CMOS 工艺制造,尺寸小至 1.8 mm x 1.0 mm,可以低成本大量生产。Nwzednc

Nwzednc

图 2.原型毫米波段相控阵无线电和无线 ICNwzednc

测量评估在接收 28 GHz 频段的无线电通信和 24 GHz 频段的无线电功率传输时,在水平和垂直方向上实现了 ± 45° 的波束转向特性。我们使用天线测量和评估了 OTA (Over The Air)  ,并成功地使用64QAM调制信号进行了无线通信的传输和接收。Nwzednc

这项研究的结果是,当接收无线电力传输时从 0° 到 45° 执行波束转向时,可以将过去恶化到百分之几的发电功率保持在 46%(图 3) 。即使与相同的发电量相比,距离也增加了一倍以上。Nwzednc

Nwzednc

图 3.与以往研究的比较Nwzednc

该团队生产的发射器-接收器是同类产品中的第一款。Nwzednc

该设备有两种模式,接收模式和发射模式。Nwzednc

在接收模式下,设备接收5G信号和毫米波功率信号,该电源信号激活设备并为其供电,然后,设备进入传输模式,并以与最初接收信号相同的方向发回 5G 信号。Nwzednc

因此,与当前大多数室内物联网设备不同,这样的设备无需单独的插头即可轻松通信并成为物联网的一部分。该设备可以在很宽的角度和距离范围内发电,因此不会受到以前无线供电设备所面临的挑战的影响。Nwzednc

使用像这样的小型设备,只需很少的维护和额外的基础设施,物联网网络就可以轻松扩展。Nwzednc

Shirane 博士总结道:“这是世界上第一次通过波束控制同时接收电力和通信信号。我们坚信这样的技术可以彻底改变物联网网络,并使其摆脱今天束缚它的束缚。”Nwzednc

参考链接:無線電力伝送と無線通信双方に同時対応するミリ波帯フェーズドアレイ無線機の開発に成功;Demi Xia编译Nwzednc

责编:Demi
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 商务部暂停天然砂对台湾地区出口,对其半导体制造产业有 据EDN电子技术设计了解,商务部网站8月3日早晨8点发布最新消息,表示将从即日起暂停天然砂对台湾地区出口。不少网友认为暂停天然砂对台湾地区的出口,此举将严重影响台湾的建筑业,实则影响不仅仅如此。台湾地区天然砂进口量的90%以上来自大陆,而台湾芯片占台湾2021年出口额的34.8%。网友称商务部暂停天然砂对台湾地区出口是捏到了台湾半导体制造业的七寸。
  • 华盛顿大学首创用人体热能为可穿戴电子设备供电 从健康和健身追踪器到虚拟现实设备,可穿戴电子产品已成为我们日常生活的一部分,但找到持续为这些设备供电的方法是一项挑战。华盛顿大学的研究人员开发了一种创新的解决方案:首创的柔性、可穿戴热电设备,可将体热转化为电能。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 上海微系统所使用石墨烯纳米带研制出世界上最小尺寸的 非易失性相变随机存取存储器(PCRAM)被认为是大数据时代新兴海量存储的有希望的候选者之一。然而,相对较高的编程能量阻碍了 PCRAM 中功耗的进一步降低。利用石墨烯的窄边接触可以有效降低每个电池中相变材料的活性体积,从而实现低功耗运行。
  • 苹果发布2022财年第三财季业绩,营收829.59亿美元 Apple 今日公布了 2022 年第三财季的财务业绩。报告显示,苹果公司第三财季公布收入为 829.59亿美元,去年同期为 814 亿美元,同比增长2%;季度净利润为 194 .4亿美元,去年同期为217 亿美元,同比下降10.6%;其中,iPhone带来的营收406.7亿美元,同比增长3%。
  • 工程师开发出可以看到身体内部的贴纸 麻省理工学院的工程师设计了一种贴片,可以产生身体的超声图像。这种邮票大小的设备贴在皮肤上,可以提供 48 小时内脏器官的连续超声成像。
  • 美国参议院批准价值2460亿美元的芯片法案 美国参议院周三通过立法,以超过 750 亿美元支持国内半导体产业。GlobalFoundries、英特尔、三星代工厂、德州仪器、台积电和其他在美国建立半导体制造设施的公司或将受益。
  • 第三代半导体——碳化硅材料之制程与分析 SiC功率电子是加速电动车时代到来的主要动能。以SiC MOSFET取代目前的Si IGBT,不仅能使电力移转时的能源损耗降低80%以上,同时也可让芯片模块尺寸微缩至原本的1/10,达到延长电动车续航里程及缩短充电时间的功效。
  • 开源软件真的可靠吗? 乍看之下,采用开源软件似乎是个不错的办法,但归根究底,开源软件有几个特性可能会使其变得“邪恶”...
  • GaN是否可靠? GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”
  • 华为天才少年稚晖君用108天打了个字,重新定义客制化键 自称“鸽王”的稚晖君终于更新啦。这次他带来的新项目则是:一把完全客制化、带屏幕模块的机械键盘!有网友表示,稚晖君的这个新项目,为键圈乃至整个键盘行业提供了新的设计思路,甚至有望改变目前客制化以换壳为本的囧境。
  • 因眼睛小车主被辅助驾驶误判“开车睡觉”,小鹏、蔚来回 昨日,汽车博主@常岩CY 发博称自己突然上了热搜,原来就是因自己眼睛小被小鹏汽车自动驾驶误判“开车睡觉”,不住的发出提醒。此外,@常岩CY 称在多款车型上都收到此困扰。无论是红外还是摄像头,只要开始检测眼睛,就会判定过度疲劳。小鹏P7会提示他睡觉,蔚来ET7一开车就认为其疲劳和走神,岚图FREE会在冬天为了让其“别困”而打开冷风……
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了