光電子統合RF通信モジュールの斬新な設計コンセプト

引用

QH Dao、A. Skubacz-Feucht、B. Lüers、P. von Witzendorff、C. von der Ahe、L. Overmeyer、他「光電子統合 RF 通信モジュールの新しい設計コンセプト」、 Procedia Technology 、vol. 26、pp. 245-251、2016 年。

キーワード

• 24GHz RFID
• ワイヤレスセンサーノード
• RF通信
• 3D-MID
• 光電子パッケージング
• 光パワー伝送

簡単な

この記事では、金属ワークピースに統合でき、エネルギーハーベスティングコンセプトを使用してワイヤレスで電力を供給できる、小型の 24 GHz 無線周波数通信モジュールの新しい設計コンセプトを紹介します。

まとめ

2016 年のProcedia Technology の記事「光電子統合 RF 通信モジュールの新しい設計コンセプト」(Dao 他) では、金属コンポーネントに統合するための小型 (13 x 13 x 4 mm³) 無線周波数 (RF) 通信モジュールの設計について説明しています。このモジュールは、ワイヤレス センサー ノードとして使用することを目的としており、24 GHz の産業、科学、医療 (ISM) 無線帯域で動作し、高速データ伝送と低遅延を実現します。

モジュール設計の主な特徴は次のとおりです。

• 光電源:このモジュールは、高効率の多接合太陽電池 (50 W/cm² で 40% の効率) とエネルギー貯蔵用のスーパーキャパシタで構成されるエネルギー収集コンセプトを採用しています。この設計により、バッテリーが不要になり、製品のライフサイクル全体にわたってシステムを動作させることができます。
• 3D-MID ハウジング:モジュール ハウジングは、3 次元成形相互接続デバイス (3D-MID) テクノロジを使用して設計されており、コンパクトな多層構造に電気コンポーネントと光学コンポーネントを統合できます。レーザー ダイレクト ストラクチャリング (LDS) を使用してプラスチック ハウジング上に導電パスを作成し、さまざまなコンポーネントを接続できるようにします。
• RF 回路とアンテナ:光透過性を考慮して設計されたパッチ アンテナを含む RF 回路は、太陽電池の上に配置されています。アンテナとアナログ フロントエンドは、高い光透過性と低い散逸率を理由に選択された石英ガラス基板上に製造されています。
• マイクロコントローラとセンサー:モジュールには、データ処理と通信用の低電力マイクロコントローラ (Texas Instruments MSP430FR5738) が組み込まれています。マイクロコントローラには I²C バスがあり、温度センサーや歪みセンサーなどの追加のセンサーを接続してモジュールの機能を拡張できます。

テストの結果、モジュールは、周囲光が少ない環境でも、完全に充電されたスーパーキャパシタで 1 秒ごとにデータを送信しながら 13.9 分間連続して動作できることが示されました。著者らは、この設計は、無線通信とセンシング機能を金属部品に統合する有望なアプローチであり、製品ライフサイクル管理やプロセス監視への応用が可能になると結論付けています。

出典: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212017316303802