新加坡國立大學開發出無電池新技術，通過環境射頻信號為電子設備供電

近日，新加坡國立大學（NUS）的研究人員展示了一項突破性的技術，能夠高效地將環境中的低功率射頻（RF）信號轉化為直流電（DC），為電子設備和傳感器供電，實現無電池運行。這一創新為綠色能源的發展帶來了新的希望，也為未來的電子設備提供了可持續發展的解決方案。

突破性技術：高效轉化環境射頻信號

當前，Wi-Fi、藍牙、5G等無線技術廣泛應用于日常生活和工業領域。這些技術依賴射頻信號進行數據傳輸，而NUS團隊開發的新型能量采集模塊能夠將這些環境中常見的“廢棄”RF信號轉化為直流電壓，從而為小型電子設備提供電力支持，無需依賴傳統電池。

RF能量采集技術的出現，顯著減少了對電池的依賴，延長了設備的使用壽命，并降低了環境影響，尤其是在偏遠地區或無法頻繁更換電池的情況下，這項技術展現出極大的應用潛力。

應對挑戰：在低功率射頻信號下實現高效轉化

盡管RF能量采集技術具有廣闊的應用前景，但由于環境中射頻信號的功率較低（通常低于-20 dBm），現有的整流器技術在此情況下要么無法正常工作，要么RF到DC的轉化效率較低。雖然提升天線效率和阻抗匹配可以改善性能，但這也導致芯片尺寸增大，給集成和小型化帶來了障礙。

為了解決這一難題，NUS的研究團隊與日本東北大學（TU）和意大利墨西拿大學（UNIME）的科學家合作，開發出了一種緊湊且靈敏的整流器技術。這項技術利用納米級旋轉整流器（SR），能夠在功率低于-20 dBm的環境無線射頻信號下，將其轉化為直流電壓。

技術創新：納米級旋轉整流器的應用

NUS團隊優化了旋轉整流器設備，并設計了兩種配置：一種是單一SR整流天線，工作范圍在-62 dBm至-20 dBm之間；另一種是由10個SR串聯組成的陣列，實現了7.8%的轉化效率和約34,500 mV/mW的零偏置靈敏度。研究團隊成功將SR陣列集成到能量采集模塊中，在-27 dBm的RF功率下為商用溫度傳感器供電。

NUS電氣與計算機工程系的楊炯洙教授是該項目的主要負責人，他解釋道：“采集環境射頻電磁信號對推進能效高的電子設備和傳感器至關重要。然而，現有的能量采集模塊由于整流器技術的限制，在低功率環境下難以正常工作。我們開發的納米級旋轉整流器技術，為敏感且高效的RF到DC轉化提供了一種緊湊型解決方案。”

楊教授補充道：“我們優化了旋轉整流器，使其能夠在環境中常見的低功率射頻信號下工作，并將多個旋轉整流器集成到能量采集模塊中，在RF功率低于-20 dBm的情況下成功為LED和商用傳感器供電。我們的研究結果表明，SR技術易于集成且具備擴展性，有助于開發適用于各種低功率RF和通信應用的大規模SR陣列。”

未來展望：實現自給自足的智能系統

NUS的研究團隊正在探索集成片上天線的可能性，以提高SR技術的效率和緊湊性。研究人員還在開發串并聯連接方式，以調整大規模SR陣列中的阻抗，利用片上互連將各個SR連接起來。此舉旨在提高RF功率的采集能力，潛在地生成幾伏的整流電壓，從而消除對DC到DC升壓器的需求。

該團隊還計劃與工業和學術伙伴合作，推動基于片上SR整流器的自給自足智能系統的發展。這一合作有望為無線充電和信號檢測系統開發緊湊型片上技術鋪平道路。