研究人员发现5G网络新“高地” 可为物联网设备供电

佐治亚理工学院的研究人员发现了一种创新方法，可以利用5G网络的过剩容量，将其变成 "无线电网"，为物联网（IoT）设备供电。

佐治亚理工学院的发明者们开发了一种灵活的基于Rotman透镜的整流天线(rectenna)系统，首次能够在28-GHz频段内进行毫米波采集(Rotman透镜是波束成形网络的关键，经常被用于雷达监视系统，以在不实际移动天线系统的情况下看到多个方向的目标)。

但为了在远距离采集足够的功率来供应低功耗设备，需要大孔径天线。大天线的问题是它们的视场变窄。如果天线与5G基站广泛分散，这种限制就会阻止它们的运行。

佐治亚理工学院电气和计算机工程学院成立的ATHENA实验室的高级研究员Aline Eid说："我们已经解决了只能从一个方向看的问题，系统的覆盖角度很广。"该实验室旨在推进和开发电磁、无线、射频、毫米波和亚太赫兹应用的新技术。

该研究结果被报道在1月12日的《科学报告》杂志上。

与前几代蜂窝网络相比，FCC已经授权5G将功率集中得更密集。虽然今天的5G是为高带宽通信而构建的，但高频网络拥有丰富的机会来 "收割 "未使用的电力，否则就会被浪费掉。

挖掘5G高频电力的潜力

"有了这项创新，我们可以拥有一个大型天线，它可以在更高的频率下工作，并且可以从任何方向接收电力。它是不分方向的，这使得它更加实用。"实验室高级顾问、佐治亚理工学院附属公司Atheraxon的首席技术官和联合创始人Jimmy Hester指出，Atheraxon是一家开发5G射频识别（RFID）技术的公司。

通过佐治亚理工学院的解决方案，天线阵列从一个方向收集到的所有电磁能量都会被组合起来，并输入到一个整流器中，从而最大限度地提高其效率。

人们以前曾尝试过在24或35千兆赫这样的高频下进行能量收集，但这种天线只有在与5G基站有视线的情况下才会发挥作用，直到现在也没有办法增加其覆盖角度。

罗特曼透镜的工作原理就像光学透镜一样，以蜘蛛形状的图案同时提供六个视场。调整透镜的形状，就会形成一个结构，在光束端口侧有一个曲率角，在天线侧有另一个曲率角。这使得该结构能够将一组选定的辐射方向映射到一组相关的光束端口上。然后，透镜被用作5G能量收集的接收天线和整流器之间的中间组件。

这种新颖的方法解决了矩形天线角度覆盖和开通灵敏度之间的权衡，其结构融合了独特的射频(RF)和直流(DC)组合技术，从而使系统同时具有高增益和大波束宽度。

在演示中，佐治亚理工学院的技术在保持相同角度覆盖率的同时，收获的功率比参考的同类产品增加了21倍。

这种强大的系统可能为可穿戴和无处不在的物联网应用中的新型无源、长距离、毫米波5G供电的RFID打开了大门。研究人员利用内部快速成型制造技术，在多种日常柔性和刚性基材上打印出手掌大小的毫米波采集器。提供3D和喷墨打印选项将使该系统更实惠，更容易被广大用户、平台、频率和应用所接受。

用空中充电取代电池

"事实上，5G将无处不在，尤其是在城市地区。你可以取代数百万或数千万个无线传感器的电池，特别是在智慧城市和智慧农业应用中。"电气与计算机工程学院柔性电子学肯-拜尔斯教授Emmanouil（Manos）Tentzeris说。

Tentzeris预测，电力即服务将成为电信行业的下一个大应用，就像数据超越语音服务成为主要收入来源一样。

研究团队最兴奋的是服务提供商接受这种技术的前景，以提供 "空中 "按需供电，从而消除对电池的需求。

"我以传统的方式研究能量收集至少有六年了，在这段时间里，由于FCC对功率发射和聚焦的限制，大部分时间似乎并没有一个关键来使能量收集在现实世界中发挥作用，"随着5G网络的出现，这实际上可以工作，而且我们已经证明了这一点。这是极其令人兴奋的，我们可以摆脱电池了。"Hester说。

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