بهره برداری از انرژی نویز الکترومغناطیسی شهری برای تغذیه دستگاههایIOT

انقلاب اینترنت اشیاء (IoT) با چالش اساسی تامین انرژی پایدار و طولانی مدت برای میلیاردها دستگاه حسگر و سنجش مواجه است. استفاده از باتری ها به دلیل محدودیت ظرفیت، نیاز به تعویض یا شارژ مکرر و مشکلات زیستمحیطی، راه حلی ایده آل برای این چالش نیست. از سوی دیگر، محیط های شهری مدرن مملو از انرژی الکترومغناطیسی پراکنده و استفاده نشده ای هستند که به صورت "نویز الکترومغناطیسی" از منابعی مانند ایستگاه های پایه تلفن همراه (BTS)، شبکه های Wi-Fi، پخش رادیو و تلویزیون و سیستم های برق قدرت ساطع می شوند. این مقاله به بررسی امکان سنجی و ارائه راهکاری برای "برداشت انرژی" از این نویز الکترومغناطیسی شهری به منظور تغذیه دستگاه های کم مصرف اینترنت اشیاء می پردازد. در این پژوهش، ابتدا طیف شناسی منابع نویز الکترومغناطیسی در محیط های شهری و چگالی توان قابل استحصال از آن ها تحلیل می شود. سپس، معماری یک سیستم برداشت کننده انرژی، متشکل از آنتن های پهن باند بهینه شده، مدارهای یکسوساز با راندمان بالا (مانند یکسوسازهای ولتاژ پایین شاتکی) و مدیریت توان ارائه می گردد. شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار ADS برای یک نمونهاولیه در باند فرکانسی ۹۰۰ مگاهرتز و ۲.۴ گیگاهرتز نشان می دهد که می توان به طور متوسط توانی در محدوده ۰.۱ تا ۱۰ میکرووات در محیط های معمول شهری برداشت کرد که برای فعال سازی دوره ای (Duty-Cycling) حسگرهای محیطی و ارسال داده از طریق پروتکل های کم مصرفی مانند LoRaWAN یا NB-IoT کافی است. این مقاله نتیجه می گیرد که اگرچه چگالی توان این منبع انرژی پایین است، اما به عنوان یک منبع مکمل و همیشه حاضر می تواند نقش حیاتی در افزایش خودمختاری (Autonomy) دستگاه های اینترنت اشیاء و تحقق چشم انداز شهرهای هوشمند پایدار ایفا کند.

کلیدواژه ها:

برداشت انرژی ، نویز الکترومغناطیسی ، اینترنت اشیاء (IoT) ، یکسوساز ، آنتن پهن باند ، شهر هوشمند ، انرژی های پراکنده ، LoRaWAN.