新加坡国立大学开发出无电池新技术，通过环境射频信号为电子设备供电

近日，新加坡国立大学（NUS）的研究人员展示了一项突破性的技术，能够高效地将环境中的低功率射频（RF）信号转化为直流电（DC），为电子设备和传感器供电，实现无电池运行。这一创新为绿色能源的发展带来了新的希望，也为未来的电子设备提供了可持续发展的解决方案。

突破性技术：高效转化环境射频信号

当前，Wi-Fi、蓝牙、5G等无线技术广泛应用于日常生活和工业领域。这些技术依赖射频信号进行数据传输，而NUS团队开发的新型能量采集模块能够将这些环境中常见的“废弃”RF信号转化为直流电压，从而为小型电子设备提供电力支持，无需依赖传统电池。

RF能量采集技术的出现，显著减少了对电池的依赖，延长了设备的使用寿命，并降低了环境影响，尤其是在偏远地区或无法频繁更换电池的情况下，这项技术展现出极大的应用潜力。

应对挑战：在低功率射频信号下实现高效转化

尽管RF能量采集技术具有广阔的应用前景，但由于环境中射频信号的功率较低（通常低于-20 dBm），现有的整流器技术在此情况下要么无法正常工作，要么RF到DC的转化效率较低。虽然提升天线效率和阻抗匹配可以改善性能，但这也导致芯片尺寸增大，给集成和小型化带来了障碍。

为了解决这一难题，NUS的研究团队与日本东北大学（TU）和意大利墨西拿大学（UNIME）的科学家合作，开发出了一种紧凑且灵敏的整流器技术。这项技术利用纳米级旋转整流器（SR），能够在功率低于-20 dBm的环境无线射频信号下，将其转化为直流电压。

技术创新：纳米级旋转整流器的应用

NUS团队优化了旋转整流器设备，并设计了两种配置：一种是单一SR整流天线，工作范围在-62 dBm至-20 dBm之间；另一种是由10个SR串联组成的阵列，实现了7.8%的转化效率和约34,500 mV/mW的零偏置灵敏度。研究团队成功将SR阵列集成到能量采集模块中，在-27 dBm的RF功率下为商用温度传感器供电。

NUS电气与计算机工程系的杨炯洙教授是该项目的主要负责人，他解释道：“采集环境射频电磁信号对推进能效高的电子设备和传感器至关重要。然而，现有的能量采集模块由于整流器技术的限制，在低功率环境下难以正常工作。我们开发的纳米级旋转整流器技术，为敏感且高效的RF到DC转化提供了一种紧凑型解决方案。”

杨教授补充道：“我们优化了旋转整流器，使其能够在环境中常见的低功率射频信号下工作，并将多个旋转整流器集成到能量采集模块中，在RF功率低于-20 dBm的情况下成功为LED和商用传感器供电。我们的研究结果表明，SR技术易于集成且具备扩展性，有助于开发适用于各种低功率RF和通信应用的大规模SR阵列。”

未来展望：实现自给自足的智能系统

NUS的研究团队正在探索集成片上天线的可能性，以提高SR技术的效率和紧凑性。研究人员还在开发串并联连接方式，以调整大规模SR阵列中的阻抗，利用片上互连将各个SR连接起来。此举旨在提高RF功率的采集能力，潜在地生成几伏的整流电压，从而消除对DC到DC升压器的需求。

该团队还计划与工业和学术伙伴合作，推动基于片上SR整流器的自给自足智能系统的发展。这一合作有望为无线充电和信号检测系统开发紧凑型片上技术铺平道路。