Ocena efektywności przetwarzania energii pola elektromagnetycznego w układzie P2110 dla pasma UHF

• Autorzy: Tomaszewski G.

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2013.21

Warianty tytułu

EN

Evaluation of energy conversion efficiency of electromagnetic field in the P2110 Powerharvester for UHF frequency band

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem artykułu było przedstawienie wyników badań oceny efektywności przetwarzania energii pola elektromagnetycznego w układzie P2110 firmy Powercast. W ramach omawianego zagadnienia ujęto aspekty związane z pozyskiwaniem małych ilości energii do zasilania autonomicznych układów elektronicznych o zmniejszonym zapotrzebowaniu na moc. Potencjał energetyczny otaczającego środowiska, eliminacja zagrożeń środowiskowych, a także wzrost funkcjonalności nowoczesnych systemów elektronicznych są istotnymi czynnikami przemawiającymi za opracowaniem efektywnych rozwiązań w zakresie pozyskiwania, przetwarzania oraz gromadzenia energii. Technika pozyskiwania/recyrkulacji energii (Energy Harvesting) znajduje zastosowanie w wielu różnych obszarach aktywności społeczno-gospodarczej człowieka. Na przestrzeni ostatnich lat w środowisku obserwuje się wzrost poziomu pól elektromagnetycznych, których źródłem są różnego rodzaju systemy radiokomunikacyjne. Przenoszona przez nie energia może zostać pozyskana i wykorzystana do celów niezwiązanych z funkcjonowaniem wspomnianych systemów. Obecnie brak jest efektywnych rozwiązań pozwalających na przetwarzanie energii pól o bardzo niskich poziomach przy dużym zakresie zmienności tych poziomów. Jednym z nielicznych komercyjnie dostępnych struktur realizujących taki proces jest układ P2110. W niniejszym artykule przedstawiono sposób doświadczalnego wyznaczenia sprawności przetwarzania energii przez taki układ za pomocą metody, która nie wymaga użycia zaawansowanej aparatury pomiarowej. Na potrzeby badań wygenerowano sztuczne pole elektromagnetyczne, w którym umieszczono układ pozyskujący energię – P2110. Zmiana odległości pomiędzy anteną generującą pole elektromagnetyczne, a układem P2110, umożliwiła realizację pomiarów i ocenę wpływu poziomu mocy wejściowej na sprawność przetwarzania energii w warunkach zbliżonych do rzeczywistych - aplikacyjnych. Wyniki pokazują, że układ osiąga relatywnie dużą sprawność dla poziomu mocy wejściowej wyższego niż -7 dBm. Istotny wpływ na sprawność przetwarzania ma również wartość rezystancji obciążenia. Wzrost obciążenia powoduje obniżenie wartości tego parametru.

EN

The aim of this article was to present the investigation results of the energy conversion efficiency in Powercast P2110 Powerharvester. In this subject the aspect of low power energy harvesting has been included. The energy potential of the surrounding environment, the elimination of environmental threats, as well as the increased functionality of electronic modern systems are crucial factors that suggest development effective solutions in the scope of harvesting, processing and energy storing. The energy harvesting technique is useful in many various areas of human social-economic activity. During last years, there was an increase of the electromagnetic fields level observed in the environment. These fields are produced by various types of communications systems. The energy which is transmitted can be harvested and utilized for purpose not associated with the mentioned systems. Currently, there are no effective solutions to energy conversion fields at very low power level and a high variability of these levels. One of the few commercially available solutions to convert rf energy is the Powercast P2110 Powerharvester. The experimental methods of determining energy conversion efficiency in such circuit were presented in this paper. The used methods do not require advanced measurement. The electromagnetic field was generated for research. In the created electromagnetic environment P2110 Powerharvester was placed. A change of distance between the antenna generating an electromagnetic field and P2110 Powerharvester enabled implementation of measurements and estimation the influence of input power level on the energy conversion efficiency at the condition similar to the real application conditions. According to the results, the relative high efficiency is observed for input power level greater than -7 dBm. The load resistance has a significant impact on the efficiency of the process. Generally, load increase causes a reduction in the value of of efficiency value.

Słowa kluczowe

PL

pozyskiwanie energii z pola elektromagnetycznego; UHF; konwersja energii; sprawność przetwarzania energii; układ pozyskiwania energii

EN

radio frequency energy harvesting; RF-DC energy conversion; energy conversion efficiency; energy harvester

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 33 [289]
• Strony: 287--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Tomaszewski G.

• Politechnika Rzeszowska, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Vullers R.J.M., Schaijk R., Doms I., Van Hoof C., Mertens R.: Micropower energy harvesting, Solid-State Electronics, 2009. 53(7): p. 684-693.
• [2] Yuan F.: CMOS Circuits for Passive Wireless Microsystems, Springer New York Dordrecht Heidelberg London, 2011.
• [3] Nasa S.H., Asefi M., Albasha L., Qaddoumi N.: Investigation of RF Signal Energy Harvesting, Hindawi Publishing Corporation, Active and Passive Electronic Components, 2010.
• [4] Pinuela M., Mitcheson P.D., Lucyszyn S.: Ambient RF Energy Harvesting in Urban and Semi-Urban Environments, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, 2013. 61(7): p. 2715-2726.
• [5] Jankowski-Mihułowicz P.: Field Conditions of Interrogation Zone in Anticollision Radio Frequency Identification Systems with Inductive Coupling, Radio Frequency Identification Fundamentals and Applications, Bringing Research to Practice, Turcu, C., INTECH, 2010.
• [6] Penella-López M.T., Gasulla-Forner M.: Powering Autonomous Sensors, Springer Dordrecht Heidelberg London New York, 2011.
• [7] Jankowski-Mihułowicz P., Węglarski M.: Wyznaczanie obszaru poprawnej pracy systemów RFID działających w paśmie UHF, Pomiary Automatyka Kontrola, 2011. 57: p. 1469-1472.
• [8] Sudou M., Takao H., Sawada K., Ishida M.: A novel RF induced power supply system for monolithically integrated ubiquitous micro sensor nodes, Sensors and Actuators A: Physical, 2008. 145–146(0): p. 343-348.
• [9] Marian V., Vollaire C., Allard B., Verdier J.: Low power rectenna topologies for medium range wireless energy transfer, Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14th European Conference on. 2011.
• [10] Jankowski-Mihułowicz P., Węglarski M.: Wyznaczanie czułości chipu identyfikatora przeznaczonego do pracy w propagacyjnych systemach RFID pasma UHF, Pomiary Automatyka Kontrola, 2012. 58(11): p. 956-958.
• [11] Powercast Corporation:Product Datasheet, 2010.