Pautas para un buen análisis bibliométrico de WPT

 

1. Selección y obtención de datos bibliográficos relevantes

   • Recopilar un amplio conjunto de publicaciones científicas relacionadas con WPT (por ejemplo, 19,235 publicaciones entre 2015 y 2023).

   • Utilizar bases de datos reconocidas como Scopus, Web of Science o PubMed para obtener datos confiables y representativos.

   • Filtrar según temas clave relacionados con WPT, sostenibilidad y tecnologías afines.

2. Herramientas de análisis bibliométrico

   • Utilizar herramientas especializadas como Biblioshiny (aplicación basada en R) y VOSviewer para el procesamiento, visualización y análisis de datos bibliográficos.

   • Estas herramientas permiten realizar análisis cuantitativos y cualitativos, incluyendo redes de co-citación, análisis de co-palabras, mapas temáticos y clusters de publicaciones, autores e instituciones.

3. Análisis de tendencias y evolución

   • Evaluar la evolución temporal del número de publicaciones para identificar tendencias crecientes o decrecientes en áreas específicas de WPT, como la transferencia inductiva, la eficiencia energética, la carga inalámbrica o la integración con vehículos eléctricos (EVs).

   • Detectar áreas emergentes y temas de actualidad, por ejemplo, el aumento en investigaciones sobre optimización, control, o aplicaciones en ciudades sostenibles.

4. Identificación de hotspots y clusters temáticos

   • Aplicar técnicas de clusterización para agrupar trabajos por subdisciplinas o temas similares, tales como:

     • Tecnologías de antenas y ondas electromagnéticas

     • Fenómenos electromagnéticos y acoplamientos magnéticos

     • Conversión de energía y sistemas eléctricos para EVs

     • Optimización de eficiencia y alineación de componentes WPT

   • Analizar la interrelación entre estos clusters para entender la dinámica del campo.

5. Distribución geográfica de la investigación

   • Mapear la contribución por países para identificar líderes en investigación (por ejemplo, China, Estados Unidos, Japón, Corea del Sur, India).

   • Analizar patrones de colaboración internacional y detectar regiones emergentes o con menos publicaciones para posibles oportunidades de colaboración.

6. Relación con Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

   • Determinar cómo la investigación en WPT contribuye a diferentes ODS, principalmente:

     • ODS 7: Energía Asequible y No Contaminante

     • ODS 3: Salud y Bienestar

     • ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura

     • ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles

   • Analizar la contribución temática de las publicaciones en relación con estos objetivos para resaltar el impacto social y ambiental.

7. Integración de Inteligencia Artificial (IA)

   • Explorar la interacción y el papel de la IA en el campo de WPT, incluyendo aplicaciones como:

     • Mantenimiento predictivo

     • Optimización dinámica de la transferencia de energía

     • Seguridad y cumplimiento normativo

     • Personalización y escalabilidad de sistemas inalámbricos

   • Identificar publicaciones que aborden esta convergencia tecnológica.

8. Identificación de desafíos y barreras

   • Categorizar los principales desafíos en la adopción de WPT, como aspectos financieros, tecnológicos, sociales, regulatorios y administrativos.

   • Usar bibliometría para evaluar el nivel de atención que cada desafío recibe en la literatura.

9. Presentación de resultados visuales y métricas

   • Generar gráficos y mapas que muestren:

     • Número de publicaciones por año

     • Redes de co-citación entre autores y publicaciones

     • Distribución geográfica de la investigación

     • Mapas de términos y palabras clave

     • Clusters temáticos y evolución temporal de los mismos

   • Usar estas visualizaciones para apoyar conclusiones claras y sólidas.

10. Análisis crítico y recomendaciones futuras

    • Interpretar los hallazgos para orientar investigaciones futuras, áreas menos exploradas y oportunidades para colaboración interdisciplinaria.

    • Plantear recomendaciones sobre políticas, regulaciones y desarrollo tecnológico para facilitar la adopción y aplicación práctica de WPT.

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Resumen de herramientas utilizadas y técnicas metodológicas

• Biblioshiny: Para importar, procesar y analizar datos bibliográficos con métricas y análisis visual.

• VOSviewer: Para construir redes de bibliometría, mapas de co-citación, análisis de clusters y representación gráfica de temas.

• Consulta de bases de datos como Scopus para la extracción y filtración de publicaciones relevantes.

Para el análisis de los sistemas de recolección y transmisión inalámbrica de energía (WPT), se llevó a cabo un exhaustivo análisis bibliométrico siguiendo un protocolo riguroso que consideró bases de datos reconocidas como Scopus, IEEE Xplore, Science Direct y Google Scholar. Se recopilaron inicialmente más de 19,000 publicaciones entre 2020 y 2025, las cuales fueron filtradas según criterios estrictos de relevancia, idioma (inglés y español), tipo de documento y actualidad, resultando finalmente en una selección de 138 artículos relevantes tras eliminar duplicados y publicaciones no relacionadas. El análisis se realizó con el software Bibliometrix, permitiendo evaluar indicadores bibliométricos como el índice h, índice g y total de citas, además de realizar análisis de redes de coautoría, mapas temáticos y nubes de términos. Las visualizaciones reflejaron un crecimiento sostenido en la producción científica, destacando revistas como IEEE ACCESS y SENSORS por su alta visibilidad y volumen de publicaciones. La investigación se concentró en temas como "energy harvesting", "energy transfer" y "inductive power transmission", que constituyen los focos principales de avance tecnológico en WPT aplicado a IoT y sensores inalámbricos. La distribución geográfica evidenció la participación destacada de países como China, Estados Unidos y Japón, mientras que la evolución temporal mostró un notable aumento en publicaciones a partir de 2021, confirmando el auge creciente del campo. Este análisis sistemático y cuantitativo proporcionó una visión integral y actualizada del estado del arte, facilitando la identificación de tendencias, vacíos y oportunidades para el desarrollo futuro de tecnologías WPT.

Empresas que tienen tranmisores inalambricos de energia

 han surgido algunos productos comerciales, como los transmisores Powercast, Ossia Cota, Dialog WattUp y Mi Air Charge.

Xiaomi Mi Air Charge

WattUp wireless Charging 2.0 

Cota® by Ossia

Fuente : Understanding the Impact of Environmental Conditions on Zero-Power Internet of Things: An Experimental Evaluation 

Revision: ISM-Band Energy Harvesting Wireless Sensor Node

57 % de PCE

1Voltio en 7 metros

Antena Parche de Gain 3.4 dBi [Intermedia entre 1.7 dBi dipolo y 6.8 dBi parche de Powercast]

Codificacion propia de Datos usando un XOR

Sensor de temperatura de bajo consumo propio con componentes de bajo consumo

rectificador con MOS

Sintetizador RX91503 3 W

Contenido 

 Descripción general de los nodos de sensores inalámbricos y la recolección de energía

Dependiendo del tipo de sensor, el consumo de energía de un solo nodo de sensor puede variar entre De 100 uW a 100 mW [2], [3]

Crecimiento de El mercado de WSN industrial 

Breve introducción a los componentes del diseño de WSN

recolector de energía que captura la energía del entorno en forma de luz, vibración, térmica o electromagnética y la convierte en energía eléctrica utilizable. [fuente de energía para la WSN]

 sensores especializados.

 unidad de procesamiento de control procesa los datos recibidos y toma decisiones

El módulo de comunicación transmite los datos

 un circuito de gestión de energía eficiente regula y distribuye la energía recolectada

revisión de diversas técnicas de EHT

consideraciones de diseño y requisitos del sistema propuesto 

Diseño y simulación de EH y PMC

diseño y simulación de sistema sintetizador de  frecuencia.

arquitectura de multiplicado 2.4 GHz

 amplificador de potencia RF conmutado de clase E

.

  diseño de un sensor de temperatura de potencia ultrabaja fabricado en un dispositivo independiente

e

a integración del diseño de los componentes WSN en el proceso FDSOI de 22 nm.

¿Y la red de impedancia?

¿El Modulo?

¿Hay rectificador ?

La Maxima distancia poible

La ​​Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de Estados Unidos ha establecido un límite máximo de 4 W (36 dBm) de EIRP para las bandas ISM de 915 MHz y 2,44 GHzUna estimación práctica de la distancia de transmisión se puede realizar utilizando una ganancia de transmisor razonable de 8 dBi, EIRP (36 dBm) y una frecuencia de transmisión de 915 MHz. En este caso, un recolector de energía acoplado a una antena de parche simple (con una ganancia de recepción de 2,5 dBi) puede alcanzar una salida de 1 V CC a 35 metros de la fuente de energía de RF. Colocar la fuente de energía de RF en el centro de esta red puede proporcionar una cobertura de línea de visión de aproximadamente 3848 m².

Rethinking Sustainable Sensing in Agricultural Internet of Things: From Power Supply Perspective

 

1. Problema que busca resolver

• La sostenibilidad energética en los sistemas de sensores para Internet de las Cosas (IoT) agrícolas.

• Las soluciones actuales basadas en la captación solar presentan limitaciones importantes (intermitencia, baja eficiencia, dependencia del entorno) que dificultan la implementación a largo plazo y a gran escala.

• La necesidad de un paradigma de suministro energético más versátil y confiable para el IoT agrícola.

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2. Ámbito de aplicación de la solución

• Agricultura inteligente y automatización en campo abierto, invernaderos, monitoreo de cultivos y ganado.

• Sensores para monitoreo climático, calidad del suelo, salud de plantas y animales, con despliegue en ambientes difíciles (subterráneos, interiores, acuáticos).

• Aplicaciones de agricultura 4.0 que requieren alta precisión, gran volumen de datos y funcionamiento continuo.

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3. Dificultades en el proceso

• La intermitencia de la energía solar (no disponible en la noche o en condiciones climáticas adversas).

• Limitaciones en la capacidad de almacenamiento energético de dispositivos pequeños.

• Pérdidas y baja eficiencia en la captación y transferencia de energía inalámbrica.

• Obstáculos físicos y entornos variables que afectan la transferencia inalámbrica de energía.

• Costos y tamaño de antenas y dispositivos para la transferencia de energía.

• Complejidad para cubrir diferentes escenarios agrícolas con una sola fuente de energía.

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4. Estructura del sistema propuesto (PowerEdge)

• Tres capas principales:

  1. Fuentes de energía renovable: solar, eólica, radiofrecuencia, energía hidráulica, etc.

  2. Power Edge: red distribuida para almacenar, gestionar y transferir energía mediante tecnologías como captura ambiental múltiple, almacenamiento distribuido y transferencia inalámbrica.

  3. IoT agrícola: nodos sensores equipados con baterías recargables o sin batería, alimentados y gestionados por la red de PowerEdge.

• Tecnologías complementarias: transferencia inalámbrica de energía (cercana y de campo lejano), superficies reflectantes inteligentes (IRS) para mejorar la eficiencia y cobertura.

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5. Funcionamiento del sistema

• Captura de energía ambiental a través de paneles solares, turbinas eólicas, antenas RF, etc.

• Almacenamiento distribuido para balancear y proveer energía continua.

• Transferencia inalámbrica desde nodos de almacenamiento a sensores IoT, con soporte para movilidad (vehículos y drones cargadores).

• Comunicación y monitoreo remoto vía Wi-Fi para reporte de estado y datos sensoriales.

• Adaptación dinámica del suministro energético según demanda y condiciones ambientales.

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6. Parámetros obtenidos del sistema

• Distancias efectivas de transferencia inalámbrica de energía de hasta 12 metros en campo abierto, y hasta 40 metros en pasillos con reflexión de señales.

• Intervalos de paquetes recibidos de sensores sin batería que varían desde 11 segundos hasta minutos, dependiendo de condiciones (línea de vista, obstáculos, subterráneo).

• Robustez comprobada bajo diferentes condiciones climáticas, humedad y microclimas agrícolas.

• Voltajes de operación mantenidos estables durante pruebas continuas (12.5 V a 11.3 V en batería).

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7. Software utilizado

• No se menciona software específico de simulación o desarrollo, pero se usan módulos comerciales y equipos de prueba (Powercast TX91501B, controladores híbridos, medidores de energía) para la implementación y monitoreo experimental.

• El sistema se apoya en aplicaciones PC y móviles para el monitoreo remoto en tiempo real.

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8. Resultados obtenidos

• Prueba de concepto exitosa con componentes comerciales mostrando viabilidad técnica.

• Capacidad para mantener sensores activos continuamente mediante suministro energético inalámbrico.

• Pruebas bajo escenarios de línea de vista, sin línea de vista, subterráneos y con obstáculos demostraron funcionalidad y alcance significativos.

• Adaptabilidad a entornos agrícolas variados y condiciones meteorológicas cambiantes.

• Identificación de desafíos técnicos para mejorar eficiencia, alcance y miniaturización.

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9. Contribuciones del trabajo

• Propuesta de un paradigma integral de suministro energético para IoT agrícola llamado PowerEdge, que supera limitaciones de enfoques tradicionales basados únicamente en energía solar.

• Integración orgánica de múltiples fuentes de energía, almacenamiento distribuido, transferencia inalámbrica y tecnologías emergentes (IRS).

• Demostración experimental de un sistema funcional y evaluación detallada en múltiples escenarios reales.

• Planteamiento de desafíos técnicos y oportunidades para avanzar hacia una agricultura inteligente y sostenible.

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10. Investigaciones futuras mencionadas

• Estudio del impacto del campo electromagnético y la transferencia inalámbrica en el crecimiento de plantas y animales.

• Manejo de interferencias energéticas en redes densas de sensores con múltiples cargadores inalámbricos.

• Modelado específico según tipo de aplicación y disposición espacial para optimizar despliegue energético y protocolos de comunicación.

• Desarrollo y aplicación de superficies inteligentes (IRS/RIS) para mejorar la eficiencia y alcance en la transferencia inalámbrica de energía.

• Mejoras en eficiencia energética, reducción del tamaño de antenas y costos de implementación.

Revision: Enabling a Battery-Less Sensor Node Using Dedicated Radio Frequency Energy Harvesting for Complete Off-Grid Applications

 

 

¿Mejor que las antenas de Powercast?

Para la frecuencia de 915 MHz, existen numerosos artículos completos y módulos comerciales específicos, entre los que destacan productos de Powercast, una de las marcas líderes en sistemas de Wireless Power Transfer (WPT). Las antenas comerciales de Powercast para esta frecuencia típicamente presentan una ganancia de alrededor de 1.7 dBi para su antena dipolo omnidireccional, y cerca de 6.8 dBi para su antena parche (patch) direccional. Estas antenas se usan comúnmente en aplicaciones IoT para recolectar energía y suelen ser capaces de generar voltajes útiles a distancias de hasta 6 metros, dependiendo de la potencia de la fuente de RF.

Sin embargo, en un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Pretoria (Sudáfrica), se diseñó y validó un sistema de WPT que utiliza una antena Yagi con una ganancia significativamente superior de 12.62 dBi, operando a una frecuencia ligeramente menor de 920 MHz. Esta antena es capaz de recolectar energía efectiva a una distancia de 15 metros bajo una potencia radiada de 4 W EIRP, lo que representa un avance importante en la distancia y eficiencia de la recolección de energía inalámbrica.

Parámetros técnicos de la antena Yagi

El diseño de esta antena Yagi incluye:

Elemento	Distancia desde elemento activo (mm)	Longitud (mm)	Diámetro (mm)
Reflector	64.5	169.55	6.35
Elemento activo (dipolo plegado)	0	184.1	6.0
Director 1	26.2	150.3	6.35
Director 2	86.6	149.4	6.35
Director 3	157.6	146.1	6.35
Director 4	239.4	145.7	6.35
Director 5	333.6	144.4	6.35
Director 6	434.2	139.8	6.35
Director 7	538.7	141.4	6.35
Director 8	647.9	140.8	6.35
Director 9	760.2	140.0	6.35
Director 10	879.5	137.6	6.35

La antena fue fabricada con elementos de cobre y aluminio, con un cuidadoso diseño para optimizar la ganancia y minimizar la pérdida de retorno. Se simuló y optimizó mediante software electromagnético FEKO para alcanzar un retorno de pérdida (return loss) de -14.11 dB a 920 MHz, lo que garantiza una buena adaptación y eficiencia.

Resultados de la investigación

• Ganancia medida: 12.62 dBi a 920 MHz, muy superior a las antenas Powercast típicas para 915 MHz.

• Distancia efectiva: El sistema pudo recolectar suficiente energía para alimentar un nodo sensor durante más de 150 minutos a 15 metros del transmisor con 4 W EIRP.

• Funcionamiento: La energía recolectada se usó para alimentar un sensor de temperatura y un módulo LoRa para transmisión inalámbrica de datos IoT sin necesidad de baterías.

Invitación a replicar para 915 MHz

Aunque este diseño específico está optimizado para 920 MHz, es totalmente factible replicar o adaptar la antena Yagi para la banda de 915 MHz, la cual es estándar para muchas aplicaciones IoT y WPT comerciales. Al adaptar las dimensiones y el espaciamiento, se puede mantener o incluso mejorar el rendimiento, ofreciendo una alternativa potente para sistemas de recolección de energía inalámbrica a mayores distancias que las actuales antenas comerciales.

Este tipo de antena Yagi de alta ganancia tiene un enorme potencial para aplicaciones IoT, especialmente para nodos sensores que requieren autonomía total sin mantenimiento frecuente. Por ejemplo, monitoreo ambiental en áreas remotas, sensores industriales o sistemas de seguridad que funcionen sin acceso a alimentación directa ni necesidad de recambio de baterías.

Uso de Energía RF para Cargar Baterías de Iones de Litio y Alimentar Microcontroladores: Guía Práctica

La carga inalámbrica de baterías de iones de litio mediante energía de radiofrecuencia (RF) representa un avance importante para la autonomía de dispositivos electrónicos, especialmente en aplicaciones IoT y nodos sensores sin conexión a la red eléctrica. Sin embargo, el proceso de conversión y almacenamiento de energía RF en baterías recargables plantea varios retos que deben ser cuidadosamente gestionados para garantizar un funcionamiento eficiente y seguro del sistema.

Este artículo detalla el procedimiento y las consideraciones para cargar baterías de iones de litio y alimentar microcontroladores utilizando energía RF, basado en un estudio reciente de la Universidad de Pretoria (Sudáfrica).

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1. Conversión de energía RF a energía útil

La energía recibida en forma de ondas RF es muy baja y variable. Primero, una antena especialmente diseñada (como la Yagi de alta ganancia mencionada en el estudio) captura la energía, que luego pasa por un circuito rectificador RF-DC para convertir la señal alterna en corriente continua.

En este sistema, se emplea un rectificador totalmente acoplado cruzado basado en transistores MOSFET (Renesas HFA3096BZ) para maximizar la eficiencia y sensibilidad en la conversión.

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2. Almacenamiento y manejo de voltajes para baterías y microcontroladores

Voltaje insuficiente para encender el microcontrolador

Cuando el voltaje almacenado es muy bajo (por debajo del umbral de operación del microcontrolador, típicamente < 1 V), el sistema no puede alimentar el microcontrolador ni la carga. En este estado:

• Se acumula energía en un supercondensador o capacitor de almacenamiento.

• No se activa el conversor elevador (boost converter).

• Se mantiene desconectado el microcontrolador para evitar descargas innecesarias.

Esto permite acumular suficiente energía para alcanzar el nivel mínimo operativo antes de encender la electrónica.

Voltaje suficiente pero carga incompleta

Cuando el voltaje acumulado alcanza el umbral de activación (por ejemplo, alrededor de 1 V):

• Se activa el conversor DC-DC elevador (boost converter) para incrementar el voltaje a un nivel útil (3.3 V en el estudio) necesario para alimentar el microcontrolador y sensores.

• El microcontrolador puede encenderse y operar, transmitiendo datos.

• Mientras el voltaje siga subiendo, el sistema puede continuar almacenando energía para aumentar la autonomía y duración del ciclo operativo.

Voltaje alto o batería cargada completamente

Una vez que la batería o el capacitor están cargados cerca de su máximo voltaje nominal (4.2 V para Li-ion):

• Se utiliza un algoritmo de carga Constant Current - Constant Voltage (CC-CV) implementado en el microcontrolador para controlar el proceso y evitar daños por sobrecarga.

• El microcontrolador regula el convertidor DC-DC y la carga mediante señales PWM que controlan los MOSFETs.

• Se desconecta o reduce la carga para evitar sobrevoltajes o corrientes excesivas.

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3. Uso de MOSFETs y switches electrónicos para control

Para controlar el encendido/apagado del boost converter y la conexión con el microcontrolador, se emplean MOSFETs como interruptores electrónicos:

• MOSFET de canal N se utiliza en el convertidor DC-DC por su baja impedancia y rápida conmutación.

• La señal PWM generada por el microcontrolador regula el duty cycle del MOSFET, ajustando la tensión y corriente de salida del convertidor.

• Un switch mecánico o un switch electrónico controlado por el microcontrolador activa el boost converter cuando el voltaje almacenado es suficiente para encender el sistema.

• Para proteger la batería y controlar la carga, el microcontrolador monitoriza el voltaje y corriente a través de circuitos de medición (resistencias shunt y amplificadores operacionales).

Este sistema asegura una carga eficiente, segura y con control dinámico para maximizar la vida útil de la batería y la autonomía del nodo sensor.

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4. Circuitos de medición y control

El microcontrolador recibe información analógica de voltaje y corriente mediante circuitos:

• Divisor de voltaje y amplificador operacional para escalar y adecuar la tensión a niveles compatibles con el ADC del microcontrolador (3.3 V).

• Amplificador diferencial para medir la caída de voltaje en la resistencia shunt y así obtener la corriente de carga.

Con estos datos, el microcontrolador ejecuta el algoritmo CC-CV y regula el PWM para controlar el MOSFET del convertidor.

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5. Conclusiones y recomendaciones

• La carga de baterías de iones de litio mediante energía RF requiere circuitos rectificadores eficientes, almacenamiento con supercondensadores y conversores DC-DC elevadores.

• Es crucial manejar cuidadosamente los estados de voltaje: acumulación inicial, operación normal y carga completa para proteger el sistema.

• Los MOSFETs y switches electrónicos controlados por microcontrolador permiten una gestión dinámica y segura de la energía.

• Este enfoque permite diseñar nodos sensores inalámbricos autónomos para IoT, eliminando la necesidad de baterías externas o reemplazos frecuentes.

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¿Quieres que te ayude con esquemas de circuitos o código para implementar el control PWM y CC-CV en microcontroladores?

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Fuente principal:
"Enabling a Battery-Less Sensor Node Using Dedicated Radio Frequency Energy Harvesting for Complete Off-Grid Applications", Energies 2020, 13(20), 5402. Timothy Miller et al.

Energia cero

 Energía cero se refiere a no consumir energía de la batería del dispositivo ni a funcionar sin ella. En la práctica, los dispositivos de energía cero también son dispositivos de bajo consumo, pero satisfacen la energía requerida únicamente mediante la recolección de energía del entorno. El funcionamiento de un dispositivo de energía cero consiste en recolectar primero la energía necesaria para una tarea y luego gastarla. En este sentido, la recolección de energía de diferentes fuentes de energía del entorno es una tecnología importante para el uso de dispositivos de energía cero. Para estos dispositivos, es importante si la cantidad de energía necesaria para realizar ciertas tareas está disponible 

Bibliografia

Cansiz, M., Altinel, D. Multiband RF energy harvesting for zero-energy devices. Electr Eng 105, 91–100 (2023). https://doi.org/10.1007/s00202-022-01646-w

Energous Corporation

 Energous Corporation (San José, CA, Estados Unidos) fabrica la línea WattUp de productos de captación de energía de RF. El chip EN2223 es un receptor compatible con el transmisor DA4100 

 Según la aplicación, el desarrollador puede conectar hasta cuatro antenas mientras la banda operativa sea de 900 MHz

Lamentablemente, la documentación disponible es muy limitada. 

Bibliografia

Methods, Standards and Components for Wireless Communications and Power Transfer Aimed at Intra-Vehicular Applications of Launchers

Energous—Chips & Modules. Available online: https://energous.com/products/chips-modules/ (accessed on 12 July 2023). 

 Energous Commends the United Nations’ ITU Approval and Recommendation for Radio Frequency-Based Wireless Power Transfer in the 900 MHz Band—10 October 2022. Available online: https://ir.energous.com/news-events/press-releases/detail/ 739/energous-commends-the-united-nations-international (accessed on 12 July 2023).