Появление беспроводных сетей стандарта 5G, способных передавать сигналы на высоких частотах в миллиметровом диапазоне, открывает ряд новых возможностей для технологий беспроводной передачи энергии. И недавно исследователи из Токийского технологического института разработали прототип приемно-передающего устройства, снабженного 64-элеементной фазированной антенной решеткой, который способен принимать и передавать данные, и, одновременно с этим, превращать в электричество энергию радиоволн специального более мощного "энергетического" сигнала.Первоначально это устройство предназначалось для создания компонента релейной станции 5G, но теперь исследователи рассматривают его с точки зрения использования в устройствах так называемого Интернета Вещей (Internet of Things, IoT). Это позволит IoT-устройствам полностью избавиться от батарей, кабелей и источников питания, что позволит уменьшить их размеры, снизить себестоимость и затраты на обслуживание.

На передней части этого своего рода чипа находится фазированная антенная решетка с 64-элементами, разбитыми на четыре группы. На задней стороне устройства располагается тонкая и гибкая печатная плата с четырьмя изготовленными на заказ высокочастотными интегральными чипами, по одному на каждый сектор антенной решетки. Каждый из чипов содержит фазовращатель, использующийся для управления диаграммой направленности своего сектора антенной решетки, и высокоэффективный высокочастотный выпрямитель. Выход, по которому передается собранная энергия и управляющие линии выведены на разъем, к которому подключается внешнее прикладное устройство.

Базовая станция для такого чипа передает два сигнала, информационный на частоте 28 ГГц, и энергетический на частоте 24 ГГц. Энергетический сигнал выпрямляется и в виде постоянного тока подается на внешнее устройство, активируя его работу. При этом, сигналы с четырех сегментов антенны выравниваются по фазе для увеличения эффективности и только после этого подаются на выпрямитель.

Информационный сигнал преобразуется до промежуточной частоты в 4 ГГц, что облегчает его обработку процессором внешнего устройства. Процесс передачи информации заключается в обратном преобразовании 4-ГГц сигнала до частоты в 28 ГГц, и его излучения в направлении с которого был получен предыдущий сигнал.

Проведенные испытания устройства показали, что антенна с 64 элементами способна обеспечить передачу внешнему устройству 1 милливата мощности даже при отклонении направления передатчика от оси антенны в плюс-минус 45 градусов. А антенна с 1024 элементами, согласно расчетам, будет способна отдавать мощность в 10 милливатт.

Получив первые подтверждения работоспособности новой технологии, японские ученые уже работают в направлении создания приемопередатчиков с антенными матрицами с большим количеством элементов, и способных работать на более высоких частотах, что позволит повысить количество получаемой энергии, увеличить дальность работы и скорость передачи информации.