在工業物聯網（IIoT）的建設中，估計超過60％的成本都用在了布線與安裝上。無線數據傳輸顯然可以消除一些線纜連接，而采用無線技術進行電力傳輸，無疑可避免更多的布線。

TransferFi是一家初創公司，致力于為50米之內的工業物聯網傳感器網絡開發新的無線充電解決方案。

無線技術大家都知道，但發射器的設計、發射器安裝的位置、如何使效率達到最好，以及整個系統性能的驗證都面臨極大挑戰，需要復雜的工程方案來解決。布線的成本不可避免，這不僅阻礙了工業物聯網和工業4.0的發展，也為智能電網和智能城市的發展設置了障礙。大規模的傳感器安裝需要布線復雜的基礎設施，成本高昂且安裝時間長。

TransferFi開發的TFi Turin 1無線電力網（WPN）平臺可以實現可靠的部署，無需經常更換電力電纜或電池。

TransferFi聯合創始人兼CEO Aashish Mehta表示：“我們的TFi WPN IIoT系統級架構是專為工業物聯網應用而設計的，這類應用需要能為多個目標供電的遠距離無線電力網。我們采用了更適合遠場/遠距離應用的射頻技術。Turin平臺促進了物聯網應用的商業化，因為它使遠場無線電力網的部署和應用變得自動化。”

無線電力傳輸

無線電力傳輸（WPT）技術分為兩大類：近場和遠場，它們有各自的優缺點。

近場非輻射技術最適合短距離能量傳輸，它通過線圈之間的電感耦合或金屬電極之間的電容耦合所形成的磁場來傳輸能量。電感耦合是當今使用最廣泛的無線技術。

遠場輻射場技術也稱為無線電力傳輸（power beaming），它通過電磁輻射（例如微波或激光束）傳輸電力。這類技術可以在較長的距離上傳輸能量，但必須有接收器。波束成形技術用于改善波束的聚焦。

通過專用射頻技術實現無線電力傳輸在物聯網應用中越來越受歡迎。波束成形可以說是WPT技術的“圣杯”，因為它可以在不增加發射功率的情況下將更高質量的信號傳遞給接收器。為了獲得滿意的波束，發射器必須配備大量天線，以形成自適應波束，同時控制波束能量聚焦的方向。

圖1：無線電力傳輸功能框圖。（圖片來源：TransferFi）

TFi Turin 1

TransferFi創建了一個自動校準系統，可以根據接收器的位置和應用負載來對定位、分時和信號進行優化。

TFi Turin 1平臺由一個TFi網關和帶有各種傳感器的TFi傳感單元組成。TFi網關利用遠場RF無線電力傳輸來供電，并與距離不超過50米的TFi傳感器件進行數據通信。

“我們開發了波束形成和信號優化算法，用來將波束聚焦在目標器件上。”Aashish說，“這些算法對發送端和接收端都進行了優化，可應用于整個系統級架構。我們的專利主要包括：為實現更好的RF到DC轉換及更精確的波束成形角所進行的優化；使用TFi一鍵式校準和分時軟件來縮短部署時間；通過16通道TFi網關增強波束聚焦。”

波束成形過程是將無線信號定向到特定接收器件而不是發散到其他方向。與其他技術相比，采用波束成形技術所產生的連接更直接、更快速也更可靠。近年來，由于5G的普及，波束成形技術也迅速發展。

其中一種實現技術是使用多個位置接近的天線，略微錯開時間發送相同的信號。重疊的波在一些區域產生有益的干擾（使信號變強），而在另一些區域則產生有害的干擾（使信號變弱或檢測不到）。如果正確操作，該波束成形過程可以將信號定向到目標位置。

圖2：利用波束成形技術可提高效率。（圖片來源：TransferFi）

圖3：目前用于工業物聯網的TFi系統。（圖片來源：TransferFi）

聚焦波束遠比向各個方向發散波束要高效得多，這種技術還可以減少因攔截其他信號而引起的干擾。當然它也有局限性，可能在執行復雜的計算任務來獲得最佳效率時消耗較多的計算資源。但硬件和軟件資源的不斷改進可以彌補這些不足。

“總體而言，Turin平臺的設計是跨硬件與應用的，只要硬件類型合適，就可以使用。我們目前發布的TFi WPN IIoT可用于狀態監測、智能樓宇自動化和環境感應熱圖繪制（應用于服務器機房和冷藏室）。我們的合作伙伴包括工業自動化、半導體、物流和汽車領域的跨國公司。”Aashish說。

工業4.0、智能樓宇和智能電網等未來的工業概念都需要大規模部署傳感器，其基礎架構布線復雜，需要較長時間才能完成部署，而且停機的代價高昂，會阻礙業務發展。在目前的有線傳感器部署中，大部分時間都浪費在安裝與布線上，其花費占整個傳感器部署預算的60％以上。TFi WPN平臺提供的非侵入傳感器部署降低了基礎設施布線的復雜性。
編輯：hfy