美國佐治亞理工學(xué)院為 5G 準(zhǔn)備“無線電網(wǎng)”

佐治亞理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種新穎的方法來收集 28GHz 的 5G 頻率來為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供電，實(shí)際上將它們變成了“無線電網(wǎng)”。

開發(fā)了基于 Rotman 透鏡的整流天線（稱為 rectenna），使其可以通過 3D 打印在柔性基板上生產(chǎn)，從而輕松集成到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中。

Rotman 透鏡是波束成形網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，經(jīng)常用于雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，以在不移動(dòng)天線系統(tǒng)的情況下從多個(gè)方向查看目標(biāo)。

然而，研究人員指出，為了獲得足夠的電力來為遠(yuǎn)距離的低功率設(shè)備提供所需的大孔徑天線。不幸的是，大型天線的缺點(diǎn)是它們的視野狹窄。如果天線遠(yuǎn)離 5G 基站，這會(huì)阻止它們的運(yùn)行。

佐治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院雅典娜實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員 Aline Eid 表示，“我們已經(jīng)解決了只能從一個(gè)方向看的問題，系統(tǒng)覆蓋范圍很廣。人們之前曾嘗試在 24 或 35GHz 等高頻率下進(jìn)行能量收集?！?nbsp;她補(bǔ)充說，這種天線只有在與 5G 基站有視線的情況下才能工作；到目前為止，還沒有辦法增加他們的覆蓋角度?！八赶蚰膫€(gè)方向也無關(guān)緊要。”

研究人員指出，通過這項(xiàng)創(chuàng)新，使用大型天線是可行的，它工作在更高的頻率上，可以從任何方向接收電力。

Rotman 鏡頭就像光學(xué)鏡頭一樣工作，以蜘蛛形狀的圖案同時(shí)提供六個(gè)視場。調(diào)整透鏡的形狀會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在波束端口側(cè)具有單個(gè)曲率角，而在天線側(cè)具有另一個(gè)曲率角。

研究人員表示，這種創(chuàng)新設(shè)置允許該結(jié)構(gòu)將一組選定的輻射方向映射到一組相關(guān)的光束端口。

這樣，鏡頭就可以作為接收天線和整流器之間的中間元件，從而實(shí)現(xiàn)5G能量收集。

該技術(shù)的一系列演示表明，與參考對(duì)應(yīng)物相比，收獲功率增加了 21 倍，同時(shí)保持完全相同的角度覆蓋范圍。

結(jié)果在今年早些時(shí)候提交給《科學(xué)報(bào)告》的一篇論文中公布，作者承認(rèn)，當(dāng) FCC 授權(quán) 5G 可以比前幾代蜂窩網(wǎng)絡(luò)所允許的更密集地集中功率時(shí)，他們的研究得到了重大推動(dòng)。

“事實(shí)是 5G 將無處不在，尤其是在城市地區(qū)。您可以更換數(shù)百萬或數(shù)千萬的無線傳感器電池”，佐治亞理工學(xué)院專注于柔性電子學(xué)的教授 Emmanouil Tentzeris 指出。他預(yù)測，電力即服務(wù)將成為電信行業(yè)的下一個(gè)大應(yīng)用，就像數(shù)據(jù)超過語音服務(wù)成為主要收入來源一樣。

該項(xiàng)目的另一位貢獻(xiàn)者 Jimmy Hester 指出，使用柔性天線，天線陣列從一個(gè)方向收集的所有電磁能量都被組合并饋入單個(gè)整流器，從而最大限度地提高效率。Hester 是高級(jí)實(shí)驗(yàn)室顧問，也是 Atheraxon 的首席技術(shù)官和聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司是該大學(xué)專注于 5G RFID 技術(shù)的衍生公司。

“按照慣例，我從事能量收集工作至少六年了，在這段時(shí)間的大部分時(shí)間里，由于 FCC 對(duì)功率發(fā)射和聚焦的限制，在現(xiàn)實(shí)世界中似乎沒有使能量收集工作的關(guān)鍵. 隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，這實(shí)際上是可行的，我們已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。這非常令人興奮——我們可以擺脫電池，”Hester 說。

研究人員還建議，該技術(shù)可以為可穿戴應(yīng)用的新型無源和遠(yuǎn)程毫米波 5G 供電 RFID 打開大門。

他們使用內(nèi)部增材制造技術(shù)在大量柔性和剛性基板上打印手掌大小的毫米波采集器。

研究人員強(qiáng)調(diào)，提供 3D 和噴墨打印選項(xiàng)只會(huì)使系統(tǒng)更實(shí)惠，更容易被廣泛的用戶、平臺(tái)、頻率和應(yīng)用程序使用。