Wissenschaftler an der Georgia Tech haben eine Antenne entwickelt, die 5G-Signale im Millimeterwellenbereich in nutzbare elektrische Energie umwandeln kann. [...]
Eine 3D-gedruckte Antenne könnte hochfrequente 5G-Signale in eine drahtlose Energiequelle umwandeln und so möglicherweise den Bedarf an Batterien in IoT-Geräten mit geringer Leistung eliminieren, so Forscher der Georgia Tech.
Die Antenne, die die Forscher als mm-Wave Harvester bezeichnen, ist etwa so groß wie eine Spielkarte und ist mit sichtbaren Schaltkreisen bedruckt. Sie nutzt eine Technologie namens Rotman-Linse als Wellenleiter, um mehrere Strahlen der elektromagnetischen Millimeterwellen-Strahlung, die in 5G verwendet wird, zu einem kohärenten Ganzen zu fokussieren.
Die Technologie war bisher vor allem als Bestandteil von Phased-Array-Radarsystemen bekannt, die es ermöglichen, Ziele in mehreren Richtungen zu sehen, ohne das Antennensystem physisch zu bewegen. Erfunden wurde sie in den 1960er Jahren von dem US-Luftwaffen- und MIT-Forscher Walter Rotman.
„Man hat schon früher versucht, bei hohen Frequenzen wie 24 oder 35 GHz Energie zu gewinnen“, erklärt Aline Eid, eine leitende Forscherin im ATHENA-Labor der Georgia Tech in der School of Electrical and Computer Engineering. Das Manko der früheren Versionen war, dass sie nur funktionierten, wenn die Linse direkt auf den Sender ausgerichtet war. Das erschwerte die korrekte Positionierung und schloss die Verwendung aus, wenn sich das zu versorgende Gerät bewegte.
Es hilft auch, dass 5G-Millimeterwellensignale viel energiedichter sind als frühere Generationen lizenzierter Funktechnologien, wodurch sie sich besser für Energy Harvesting eignen.
Das Design des Georgia Tech-Teams funktioniert eher wie eine optische Linse mit sechs gleichzeitigen Sichtfeldern, dank unterschiedlicher Krümmungswinkel an den Strahlenport- und Antennenseiten des Geräts. Dadurch kann das System mehrere 5G-Signale gleichzeitig abbilden, sie auf die Linse fokussieren und mit Gleichrichtern die gesammelten Signale in nutzbare elektrische Energie umwandeln. Das Ergebnis ist, dass das System die 21-fache Leistung im Vergleich zu einem nicht-Rotman-basierten System erzeugen kann, während es relativ einfach herzustellen ist.
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Manos Tentzeris, Professor an der Georgia Tech’s School of Electrical and Computer Engineering, meint, dass die bevorstehende Allgegenwart von 5G bedeutet, dass die auf Rotman-Linsen basierende Technologie am Ende eine große Anzahl von IoT-Geräten mit Strom versorgen könnte.
„Tatsache ist, dass 5G überall sein wird, besonders in städtischen Gebieten“, sagte er. Die Antennen könnten eine Menge Geld sparen, wenn IoT-Geräte keine Batterien haben, die sterben und ausgetauscht werden müssen. „Man kann Millionen oder Dutzende von Millionen Batterien von drahtlosen Sensoren ersetzen, vor allem für Smart-City- und Smart-Agriculture-Anwendungen.“
Das System ist jedoch nicht ohne Nachteile. Zum einen befindet es sich noch im Versuchsstadium, und es gibt keine Angaben darüber, wann es für den kommerziellen Einsatz zur Verfügung stehen könnte. Zum anderen ist die Reichweite noch recht gering – in den Experimenten wurde eine Reichweite von weniger als drei Metern ermittelt, theoretisch sind es bis zu 16 Meter.
Nichtsdestotrotz können die potenziellen Anwendungen für die schnell wachsende Welt des IoT kaum überbewertet werden. Statista prognostiziert, dass bis 2025 allein in Nordamerika 5,4 Milliarden IoT-Geräte im Einsatz sein werden, und bei einer Weiterentwicklung der effektiven Reichweite des Georgia-Tech-Systems könnten viele von ihnen mit 5G-Signalen versorgt werden.
*Jon Gold berichtet für Network World über IoT und drahtlose Netzwerke.
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