RF Energy Harvesting and Wireless Power Transfer for Energy Autonomous Wireless Devices and RFIDs

 Problema: baterias

🔋 Conceptos Fundamentales de EH y WPT

1. Energy Harvesting (EH) o Energy Scavenging

   • Recolección de energía ambiental (solar, térmica, cinética, RF).

   • Sustituto o complemento de baterías en IoT.

2. Wireless Power Transfer (WPT)

   • Transferencia intencionada de energía sin cables.

   • Modalidades: campo cercano (near-field) y campo lejano (far-field).

3. RF Energy Harvesting (RF EH)

   • Aprovechamiento de energía de señales RF no utilizadas (TV, Wi-Fi, redes móviles).

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📡 Tecnologías y Dispositivos Clave

4. Rectenna (Rectifying Antenna)

   • Antena + rectificador para convertir señales RF en energía DC.

5. Diodo Schottky

   • Común en rectificadores RF por su baja caída de voltaje (0.15–0.45 V).

6. Modelado Shockley del Diodo

   • Modelo eléctrico con resistencias, capacitancias y elementos parásitos.

7. Responsividad de corriente (RI)

   • Medida de la eficiencia de conversión RF a corriente continua (A/W).

8. Red de Compresión de Resistencia (RCN)

   • Técnica para mejorar coincidencia de impedancias y eficiencia de rectificación.

9. Dispositivos híbridos de recolección de energía

   • Combinación de fuentes como solar + RF, térmica + RF, etc.

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📶 Frecuencias y Fuentes de Energía

10. Banda Sub-6 GHz y mmWave (5G)

    • Nuevas oportunidades para EH y WPT con despliegue de redes 5G.

11. Densidad Espectral de Energía (RF Power Density)

    • Parámetro clave para evaluar la factibilidad del EH.

    • Bandas más potentes: LTE (GSM1900), DTV, Wi-Fi.

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📡⚡ Técnicas Combinadas

12. SWIPT (Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)

    • Comunicación y transferencia de energía simultánea.

    • Modalidades: campo cercano (acoplamiento inductivo/capacitivo) y lejano (microondas, mmWave).

13. Backscatter Communication

    • Técnica que permite comunicación sin transmisor activo, usando señales reflejadas y EH.

14. Carga inalámbrica con WPT dedicado

    • Fuentes de energía intencionadas con beamforming para mejorar la densidad energética.

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🧪 Parámetros de Diseño y Evaluación

15. Eficiencia de Rectificación (η)

    • Proporción entre potencia DC generada y potencia RF recibida.

16. Impedancia de entrada del rectificador

    • Crítica para el matching con la antena, sobre todo en banda ancha.

17. Teoría de Bode-Fano

    • Límite teórico para la coincidencia de impedancias en un ancho de banda dado.

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🏙️ Aplicaciones y Escenarios

18. Internet de las Cosas (IoT)

    • Dispositivos de ultra bajo consumo energético.

19. Ambientes urbanos y suburbanos

    • Diferencias en densidad energética RF (urbano > suburbano).

20. Comunicación RFID alimentada por 5G mmWave

• Nuevo campo de aplicación emergente para SWIPT y EH

Futuras líneas de investigación mencionadas

El artículo menciona varias líneas de investigación futuras clave, entre las que destacan:

1. Optimización de la eficiencia de rectificación:

   • Modelado avanzado de diodos.

   • Mejora de redes de adaptación de impedancia (IM).

   • Uso de nuevos materiales (como polímeros flexibles o impresos en 3D).

2. Sistemas híbridos de cosecha de energía:

   • Integración de fuentes como solar, térmica, cinética con RF.

3. Tecnologías para 5G y mmWave:

   • Uso de las bandas sub-6 GHz y mmWave para WPT.

   • Soluciones de diseño de rectennas capaces de operar con haces direccionales en entornos urbanos densos​.

4. Diseños de antenas inteligentes:

   • Antenas con cobertura angular amplia y alto rendimiento.

   • Diseño de sistemas de arreglo tipo Rotman lens o Butler matrix.

5. Avances en SWIPT (Simultaneous Wireless Information and Power Transfer):

   • Diseño de antenas de doble puerto y polarización múltiple.

   • Nuevos esquemas de modulación como "modulación de relación de magnitudes".

   • Uso de armónicos para mejorar el rastreo y la eficiencia de la transferencia​.

6. Exploración de tecnologías emergentes:

   • Dispositivos de tunelamiento magnético (spin diodes, MRAM).

   • Aplicaciones de rectennas en sensores IoT completamente pasivos (mmIDs)​.