Главная Наука и технологии Эффективность беспроводной зарядки увеличили встречным сигналом

Эффективность беспроводной зарядки увеличили встречным сигналом

0
0
4

Международная группа при участии ученых из МФТИ и Университета ИТМО предложила способ повысить эффективность беспроводной передачи энергии. Для этого всего лишь необходимо направлять на принимающую электромагнитные волны антенну дополнительный сигнал, согласованный с поглощаемой волной по амплитуде и фазе. Исследователи также проверили эффективность своего подхода с помощью численного моделирования и прямых экспериментов. Соответствующая статья опубликована в Physical Review Letters.

Беспроводная передача энергии широко применяется с конца XIX века — именно на ней работают трансформаторы в телевизорах или, например, около ЛЭП. Все они используют принцип электромагнитной индукции: когда через катушку — цилиндр, обмотанный проводом — пропускают переменный электрический ток, внутри и снаружи от катушки возникает магнитное поле, напряженность которого меняется со временем. Если поместить в это магнитное поле вторую катушку, то по закону Фарадея в ней возникнет свой электрический ток, который можно использовать для зарядки аккумулятора или передать дальше в сеть.

Однако напряженность переменного магнитного поля, создаваемого катушкой, падает обратно пропорционально расстоянию, а потому вторая катушка должна стоять достаточно близко, иначе в ней не будет сколько-нибудь заметного электрического тока. Поэтому дальность эффективной беспроводной зарядки не превышает трех-пяти сантиметров. Ее можно нарастить за счет роста силы тока, идущего через катушку, но тогда уровень этого поля достигнет таких величин, которые могут негативно повлиять на здоровье человека.

Есть и иные способы — например, специальные антенны, одна из которых направленно излучает электромагнитные волны, а вторая поглощает и передает их энергию в электрическую цепь. Принимающая антенна имеет определенные резервы совершенствования, поскольку не поглощает все падающее на нее излучение полностью, но частично переизлучает его обратно в окружающее пространство.

Авторы новой работы попробовали превратить принимающую антенну из пассивной в активную. Для этого они рассмотрели вариант подачи на нее дополнительного сигнал со стороны приемника. При этом амплитуда и фаза такого сигнала от приемника согласованы с амплитудой и фазой поглощаемой волны. Расчеты показали, что при этом обе волны интерферируют, и доля «выкачанной» из входящей волны энергии может заметно возрасти.

Это не работает для хорошо настроенной антенны, адаптированной под имеющиеся в той или иной точке условия. Однако большинство реальных антенн во внелабораторных условиях не являются настроенными, поскольку условия распространения электромагнитных волн в атмосфере постоянно меняются. В случае «расстроенных» антенн дополнительный сигнал начинает оказывать заметное влияние. В ряде случаев, как показали расчеты, уровень полученной энергии может превзойти показатель пассивной антенны в несколько раз. Ученые объясняют это тем, что при подаче на антенну сигнала ее «собирающая способность» увеличивается, и доля поглощенной энергии растет.

Физики также провели прямой эксперимент с двумя антеннами микроволнового диапазона находившихся в 10 сантиметрах друг от друга. Одна излучала волны, а вторая пыталась принять их и передать по коаксиальному кабелю. На частотах более восьми гигагерц обе антенны работали как «настроенные», с выполненным условием согласования и передавали энергию практически без потерь. Однако на меньших частотах доля отраженного излучения резко увеличивалась, и адаптеры больше напоминали «расстроенные» антенны. В этом случае с помощью дополнительных сигналов исследователям удалось увеличить количество переданной энергии практически на порядок.

Новая разработка может пригодится как при беспроводной передаче энергии — в беспроводных зарядках для смартфонов и электромобилей, так и в ряде других областей. Умение добиваться от «расстроенной» антенны качества работы «настроенной» было бы полезно в беспроводной связи, где внешние условия часто и непредсказуемо меняются в силу, например, флуктуаций в атмосфере.

Источник

Загрузить больше публикаций
Загрузить еще от Денис Владимиров
Загрузить еще в Наука и технологии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.