Tehon keruuta RF-signaaleista spin-tekniikalla

Tohoku-yliopiston, Singaporen kansallisen yliopiston ja Messinan yliopiston tutkijat kehittivät uudenlaisen teknologian, jolla voidaan tehokkaasti kerätä ympäristön pienitehoiset radiotaajuiset signaalit tasavirraksi.

Kehitetty tasasuuntauksen tekniikka voidaan helposti integroida energiankeruumoduuleihin sähköisten laitteiden ja antureiden tehostamiseksi, mikä mahdollistaa paristottoman käytön.

Pienenergian keruun haittapuoli on, että signaalin lähteen on tyypillisesti oltava kyseisen elektronisen laitteen välittömässä läheisyydessä. Nykyiset tekniikat, kuten Schottky-diodi, kohtaavat haasteita heikkojen ympäristön RF-signaalien (tyypillisesti alle -20 dBm) alhaisen RF-DC-muunnostehokkuuden suhteen.

Vastatakseen näihin haasteisiin tutkimusryhmä on kehittänyt kompaktin ja herkän tasasuuntaajateknologian, joka käyttää nanomittakaavaista spin-rectifier (SR) -suuntaajaa muuttamaan ympäristön langattomat RF-signaalit, jotka ovat alle -20 dBm, tasajännitteeksi.

Spin-tasasuuntaaja koostuu nanomittakaavan magneettisesta tunneliliitoksesta, joka on valmistettu CoFeB/MgO:sta yhdisteestä jota jo käytetään haihtumattomassa muistitekniikassa.

Tiimi optimoi SR-piirin kiinnittäen erityistä huomiota materiaalin magneettiseen anisotropiaan, laitteen geometriaan ja tunnelointiesteen ominaisuuksiin. Sitten RF-DC-muunnoksen suorituskykyä testattiin kahdessa kokoonpanossa: yksi SR-pohjainen rektenna, joka toimii välillä -62 dBm ja -20 dBm, ja toinen 10 SR:n sarja sarjassa. Integroimalla SR-ryhmän energiankeruumoduuliin he antoivat menestyksekkäästi virtansa kaupalliseen lämpötila-anturiin -27 dBm:ssä.

Jakossa tutkitaan nyt sirulla olevan antennin integrointia tehokkuuden ja kompaktiuden parantamiseksi. Tiimi kehittää myös sarja-rinnakkaisliitäntöjä impedanssin virittämiseksi suurissa SR-ryhmissä käyttämällä sirujen välisiä liitäntöjä yksittäisten SR:iden yhdistämiseen.

Tällä lähestymistavalla pyritään parantamaan RF-tehon keräämistä. Tämän tekniikan tutkiminen voi johtaa sellaisen omavaraisen, vihreän vaihtoehtoisen energian valinnan omaksumiseen, joka voisi ratkaista monia ongelmia tulevaisuudessa.

Aiheesta aiemmin:

Metapinta-antenni kerää RF-energiaa tehokkaasti

Pienen pientä energian keruuta