Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technology haben ein neuartiges, drahtlos gespeistes 5G-Relais entwickelt, das die Einführung der 5G-Technologie in Industrieanlagen erheblich erleichtern könnte. Die Forscher hoffen nun auf schnelle Fortschritte bei der Entwicklung intelligenter Fabriken.
Schaltkreis regelt Frequenzen
Die innovative Lösung besteht aus einem Chip, der Funksignale bei 5,7 GHz empfängt und gleichzeitig die übertragene Energie in Gleichstrom umwandelt. „Durch die Nutzung der 5,7-GHz-Frequenz für die drahtlose Energieübertragung erhalten wir eine größere Reichweite als bei herkömmlichen 24-GHz-Systemen. So können mehr Geräte gleichzeitig betrieben werden“, so Studienleiter Atsushi Shirane in einer Pressemitteilung.
Hierfür verwenden die Elektroingenieure einen neuartigen Mischer-Schaltkreis, der das empfangene 28-GHz-5G-Signal auf 5,2 GHz heruntermischt, verstärkt und anschließend wieder auf 28 GHz hochmischt. Dann wird das Signal an den Empfänger gesendet. Das drahtlos betriebene Relais dient somit als Zwischenempfänger und -sender von 5G-Signalen, die von einer 5G-Basisstation oder drahtlosen Geräten stammen können. Durch diesen Frequenzwandlungsprozess erreicht das System eine bislang unerreichte Effizienz und Leistungsfähigkeit. In Experimenten konnte ein einzelner 1,5 x 0,77 mm großer Chip bereits eine beeindruckende Ausgangsleistung von 6,45 mW bei einer Eingangsleistung von 10,7 dBm erzielen. Durch Kombination mehrerer Chips lässt sich die Leistung noch weiter steigern.
5G Netz mit gesteigerter Effizienz
„Da das 5,7-GHz-WPT-Signal weniger Pfadverluste aufweist als das 24-GHz-Signal, kann mehr Leistung aus einem Gleichrichter gewonnen werden“, erklärt Shirane die Funktionsweise des Systems. „Darüber hinaus hat der 5,7-GHz-Gleichrichter einen geringeren Verlust als 24-GHz-Gleichrichter und kann mit einem höheren Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung arbeiten.“ Zudem könne das angedachte Schaltungsdesign verschiedene Faktoren individuell einstellen, wie die Auswahl der Transistorgröße, der Vorspannung, der Anpassung, der Grenzfrequenz des Filters und der Last, um den Umwandlungswirkungsgrad und die Umwandlungsverstärkung gleichzeitig zu maximieren.
Die Wissenschaftler hoffen, mit Ihrer neuen Drahtlos-Technik die Weichen für hochmoderne und vernetzte Industrieanlagen stellen zu können. Die gesteigerte Effizienz der Datenübertragung könne entsprechend den Informationsfluss in Hightech-Fabriken und -Lagern sicherstellen. Schon heute sorgt die Technologie dafür, dass drahtlose Sensoren und Sendeempfänger in Robotern, Produktionsmaschinen und automatischen Fahrzeugen installiert werden und durch 5G-Netze gesteuert werden.
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