Transceiver odbiera energię i dane jednocześnie. Jak wykorzystać to w technologii 5G?

Transceiver to innymi słowy urządzenie składające się z nadajnika i odbiornika. Najnowsze osiągnięcia naukowców mogą doprowadzić do przełomu w bezprzewodowym przesyłaniu energii.

Zagadnienie to budzi zainteresowanie od lat, o czym najlepiej świadczą starania w tym zakresie poczynione przez samego Nikolę Teslę. Wraz z rosnącą popularnością sieci 5G i jej zdolności do nadawania na wysokich częstotliwościach w zakresie fal milimetrowych, bezprzewodowe przesyłanie energii wydaje się bardziej prawdopodobne niż kiedykolwiek.

Czytaj też: Oto potencjalny Nikola Tesla XXI wieku. Jego patenty mogą przesądzić o losach świata

Za ostatnimi osiągnięciami w tej sprawie stoją naukowcy z Instytutu Technologii w Tokio, którzy opracowali prototyp 64-elementowego nadajnika fal milimetrowych zdolnego do zarządzania danymi i jednoczesnego odbierania zasilania. Takie rozwiązanie mogłoby posłużyć w formie przekaźnika 5G, a ostatecznie jako element zintegrowany z urządzeniami tzw. Internetu Rzeczy. Owe urządzenia mogłyby wtedy wyzbyć się baterii, wtyczek i kabli, obniżając przy tym koszty, zmniejszając gabaryty i zwiększając wydajność.

Transceiver został zaprojektowany przez naukowców z Instytutu Technologii w Tokio

Dlaczego ten przełom nastąpił dopiero teraz? Wcześniej istniały dwie kluczowe trudności: niewielki dystans transmisji i stały kierunek, z którego można odbierać energię. Nowe urządzenie jest natomiast pierwszym, które umożliwia jednoczesny odbiór energii i sygnałów komunikacyjnych oraz sterowanie wiązką za pomocą przesunięcia fazowego. Jeśli chodzi o kwestie techniczne, to każdy układ tworzący transceiver zawiera przesuwnik fazy umożliwiający sterowanie wiązką oraz prostownik. Wyjścia zasilania i komunikacji prostownika są podłączone do urządzenia aplikacyjnego.

Całość może działać w dwóch trybach. W czasie odbioru stacja bazowa nadaje 28-gigahercowy sygnał komunikacyjny i 24-gigahercowy sygnał związany z bezprzewodowym przesyłaniem energii. Oba są jednocześnie odbierane przez cztery kwadranty anten i przesyłane do odpowiednich układów nadawczo-odbiorczych. Sygnały są przesyłane do sumatora, który wyrównuje fazy i wytwarza wspólne wyjście, dzięki czemu możliwa staje się transmisja na większą odległość. Prostownik przekształca następnie sygnał związany z bezprzewodową energią na prąd stały do zasilania aplikacji, podczas gdy sygnał komunikacyjny jest konwertowany na częstotliwość pośrednią, aby ułatwić zarządzanie aplikacją.

Czytaj też: Energia słoneczna jest zbierana, przekształcana i przesyłana bezprzewodowo. To pierwsza taka konstrukcja na świecie

Drugi z trybów, czyli transmisja, wiąże się z konwersją sygnału pośredniego (4 GHz) na 28 GHz i powrotnym przesłaniem w tym samym kierunku, z którego został odebrany. Transceiver w prototypowej wersji, wyposażony w 64 anteny, wytwarzał 1 miliwat i generował 46 procent mocy wyjściowej na dystansie 4,5 metra. Układ złożony z 1024 elementów mógłby wygenerować nawet 10 mW energii. Z tego względu członkowie zespołu chcieliby stworzyć nadajniki z większą liczbą matryc i o wyższych częstotliwościach, zwiększając w ten sposób moc wyjściową oraz szybkość i zasięg komunikacji.