美国佐治亚理工学院为 5G 准备“无线电网”

佐治亚理工学院的研究人员设计了一种新颖的方法来收集 28GHz 的 5G 频率来为物联网节点供电，实际上将它们变成了“无线电网”。

开发了基于 Rotman 透镜的整流天线（称为 rectenna），使其可以通过 3D 打印在柔性基板上生产，从而轻松集成到物联网节点中。

Rotman 透镜是波束成形网络的关键，经常用于雷达监视系统，以在不移动天线系统的情况下从多个方向查看目标。

然而，研究人员指出，为了获得足够的电力来为远距离的低功率设备提供所需的大孔径天线。不幸的是，大型天线的缺点是它们的视野狭窄。如果天线远离 5G 基站，这会阻止它们的运行。

佐治亚理工学院电气与计算机工程学院雅典娜实验室的高级研究员 Aline Eid 表示，“我们已经解决了只能从一个方向看的问题，系统覆盖范围很广。人们之前曾尝试在 24 或 35GHz 等高频率下进行能量收集。” 她补充说，这种天线只有在与 5G 基站有视线的情况下才能工作；到目前为止，还没有办法增加他们的覆盖角度。“它指向哪个方向也无关紧要。”

研究人员指出，通过这项创新，使用大型天线是可行的，它工作在更高的频率上，可以从任何方向接收电力。

Rotman 镜头就像光学镜头一样工作，以蜘蛛形状的图案同时提供六个视场。调整透镜的形状会导致结构在波束端口侧具有单个曲率角，而在天线侧具有另一个曲率角。

研究人员表示，这种创新设置允许该结构将一组选定的辐射方向映射到一组相关的光束端口。

这样，镜头就可以作为接收天线和整流器之间的中间元件，从而实现5G能量收集。

该技术的一系列演示表明，与参考对应物相比，收获功率增加了 21 倍，同时保持完全相同的角度覆盖范围。

结果在今年早些时候提交给《科学报告》的一篇论文中公布，作者承认，当 FCC 授权 5G 可以比前几代蜂窝网络所允许的更密集地集中功率时，他们的研究得到了重大推动。

“事实是 5G 将无处不在，尤其是在城市地区。您可以更换数百万或数千万的无线传感器电池”，佐治亚理工学院专注于柔性电子学的教授 Emmanouil Tentzeris 指出。他预测，电力即服务将成为电信行业的下一个大应用，就像数据超过语音服务成为主要收入来源一样。

该项目的另一位贡献者 Jimmy Hester 指出，使用柔性天线，天线阵列从一个方向收集的所有电磁能量都被组合并馈入单个整流器，从而最大限度地提高效率。Hester 是高级实验室顾问，也是 Atheraxon 的首席技术官和联合创始人，该公司是该大学专注于 5G RFID 技术的衍生公司。

“按照惯例，我从事能量收集工作至少六年了，在这段时间的大部分时间里，由于 FCC 对功率发射和聚焦的限制，在现实世界中似乎没有使能量收集工作的关键. 随着 5G 网络的出现，这实际上是可行的，我们已经证明了这一点。这非常令人兴奋——我们可以摆脱电池，”Hester 说。

研究人员还建议，该技术可以为可穿戴应用的新型无源和远程毫米波 5G 供电 RFID 打开大门。

他们使用内部增材制造技术在大量柔性和刚性基板上打印手掌大小的毫米波采集器。

研究人员强调，提供 3D 和喷墨打印选项只会使系统更实惠，更容易被广泛的用户、平台、频率和应用程序使用。