RF 에너지 하베스 팅

RF 방사선에 투자 한 에너지를 완전히 수확 할 수없는 이유는 무엇입니까? 이것에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까? 요즘이 과정을 완벽하게 설명하는 중요한 연구가 있습니까? 나는 "에너지가 한 형태에서 다른 형태로 움직인다"는 결론에 서있다. 그러나이 경우 왜 저전력 장치에 전력을 공급하기 위해 그 양으로 수확 할 수 없거나 나중에 일부 배터리에 상당한 양으로 저장할 수 없는가? 사용하다? 오늘날에는 왜 수익성이 없으며 오늘날 물, 바람 및 기타 에너지 원의 에너지처럼 사용되지 않습니까?

전력 발진기에서 전자기 라디오 전송으로 모든 전기 에너지를 변환하는 안테나를 고려하십시오. 1 와트가 안테나에 공급되고 1 와트가 방출 된 전파 전력이라고 가정 해 봅시다.

그 힘은 대부분의 방향으로 빠져 나갑니다. 전구가 모든 방향으로 (가상적으로) 빛을 방출하는 것처럼. 전구는 비슷한 예일뿐 아니라 정확히 같은 예입니다. 방출 된 빛은 전자기파입니다.

이제 100 % 효율적인 태양 전지판이있는 전구에서 1 미터 거리에 있다고 가정하십시오. 그런 다음 전구를 정확하고 완전히 덮는 몇 개의 태양 전지판을 조립한다고 가정하십시오. 태양 전지판을 직렬로 연결하고 얼마나 많은 전력을 추출 할 수 있는지 확인합니다. 이 생각 실험을 위해 실제로 그 힘의 100 %를 추출 할 수 있습니다.

그런 다음 10m 떨어져 서서 똑같이하십시오. 분명히 더 많은 태양 전지판이 필요하지만 방출 된 빛이 전반적으로 패널에 충돌하고 그 패널을 넘어서 빛의 누출이 없다고 가정하면 100 % 전력을 받게됩니다.

그렇게 할 수는 있지만 큰 비용과 불편을 겪습니다. 그러나 연필 예리한 레이저 빔과 100 % 효율적인 태양 전지 패널의 문제는 그리 많지 않습니다. 빛의 초점을 충분히 맞출 수 있다면 모든 에너지를 모을 수 있습니다. 이것은 생각 만하는 운동이며 태양 전지판과 램프 / 레이저는 100 % 효율이 아닙니다.

전송 된 전파로 돌아가서 포물선 접시를 만들고 충분히 높은 주파수로 전송하여 대부분 의 전력을 수신 안테나 (다른 접시) 에 집중할 수 있습니다 . 이것은 전국적으로 군대와 통신 사람들에 의해 이루어지며, "대부분"비공개 인 가시 거리 데이터 및 음성 통신을 얻기 위해 가까이 있지 않는 한 전송되는 내용을 "도둑질"하기가 어렵습니다. 안테나와 작은 사이드 로브 에너지를 집어 들었습니다.

나머지 모든 송신기 방송의 경우, 이들은 일반적으로 쌍극자이며 적어도 하나의 평면에서 모든 방향으로 방출되는 에너지를 확산시킨다. 이를 통해 음악 방송국을 매우 쉽게 픽업 할 수 있으며 물론 목표입니다.

그 에너지를 쉽게 수확 할 수 있습니까? 전력이 대부분 우주로 날아가고 "청취자"가 분수를 받기 때문에 그다지 좋지 않습니다.

각 청취자의 안테나는 사실상 송신기 (송신기에서 전송 된 전력을 캡처하는 네트 (즉, 길고 얇은 모양에도 불구하고 실제 "영역"을 가짐))이며 캡처하는 양은 일반적으로 펨토 와트입니다. 일반적으로 RF 수신기 (너무 일반적 일 위험이 있음)는 안테나에서 수신 한 약 10 마이크로 볼트에서 작동 할 수 있으며 광범위한 안테나 유형의 샘플에서 평균적으로이 전압은 약 50 옴의 소스 임피던스를 갖습니다.

따라서 방출 된 전력은 5 uV 제곱 / 50 = 5 펨토 와트입니다.

분명히 송신기에 가까울수록 해방 될 수있는 전력이 커지지 만, 사용 가능한 전력을 얻는 데 관심이 있다면 전선을 사용하십시오.

지구상의 어느 지점에서나 수확 할 수있는 총 에너지에 대한 계산을하면 몇 밀리 와트 이상을 모을 수있는 곳이 많지 않을 것입니다.

태양 광 발전과 RF 에너지 수확은 기본적으로 전자기파 수확과 같은 형태입니다.

라우터로 대기해도 일부 라우터는 최대 80mW를 제공한다는 것을 읽었습니다.

라우터는 일반적으로 1/4 파장 안테나를 사용하고 에너지를 수집하기 위해 1/4 파장 안테나를 사용할 수도 있습니다. 근접 거리는 안테나에 이상한 로딩 효과를 발생시키기 전에 λ (1 파장) 정도입니다. 이 거리는 약 0.1 미터이므로 Friis 투과 방정식을 사용하여 dB로 변환합니다.-

$log_{10}$$log_{10}$

여기서 f는 MHz이고 d는 킬로미터입니다. 이 방정식은 주어진 반송파 주파수로 주어진 거리에서 예상 할 수있는 dB의 전력 손실을 나타냅니다.

2.45GHz 및 0.1 미터 (0.0001km)의 손실은 32.45 + 67.6-80 = 20dB입니다.

그러나 tx 및 rx 안테나는 반 방향이므로 약 4dB의 이득을 가지므로 손실은 약 16dB에 불과합니다.

80mW는 (이론적으로) 12.7mW가됩니다.

RF 에너지 수확뿐만 아니라 일반적으로 전자기 에너지 수확을 다루기 위해 질문을 조금 일반화하면 항상 그렇게합니다.

태양은 본질적으로 약 4 × 10 ²⁶ 와트 의 전력 출력을 가진 전자기 송신기입니다 . 매우 큰 태양열 농장은 6 × 10 ⁸ 와트 의 (피크) 출력 을가집니다.

이 관점에서 8 킬로그램의 금을 가지고 있고 단일 원자 를 제거했다면 , 그것은 태양으로부터받는 힘과 거의 같은 비율입니다.

그것은 $ 287,000의 금이며, 당신은 1/2 조 센트의 절반 을 수확 할 수 있습니다.

세계의 모든 사람들을 데려 가면 손톱 다듬기의 인간 가치에 대해 수확합니다.

물론 태양 에너지의 대부분이 지구에 닿지 않기 때문입니다.

문제는 RF 에너지 수확과 거의 동일합니다. 전 세계의 모든 송신기에서 전송되는 모든 RF 에너지 중 일부만 안테나에 닿습니다.

관련 : 전력선과 평행하게 연결된 긴 와이어 펜스를 가진 농부들은 50 / 60Hz AC를 "훔칠"수 있다고 들었습니다. 이것이 사실인지 또는 얼마나 많은 전력을 사용할 수 있는지 확실하지 않지만 소량을 추측하고 있지만 전력 회사가 손실을 발견하고 그것을 찾기에 충분했습니다. 당신이 당신의 계획에 대한 모든 와이어를 구입하기 위해 돈을 지출 한 후, 당신은 태양 전지 패널이나 바람이나 물 방앗기를 더 잘 구입했을 수 있습니다. 이 경우 아무도 당신을 도용한다고 비난하지 않습니다.

어쩌면 비가 내리는 등으로 중력 에너지를 수확 할 수 있습니까?

이 작업을 수행하는 연구 그룹이 있습니다. IEEE Paper 몇 가지가 더 있지만 인터넷 검색에 지쳤습니다. 마이크로 컨트롤러에 전력을 공급하기 위해 무선 에너지를 캡처 한 기사 / 그룹을 기억합니다. TI의 일부 MSP430은 초 저전력 (uAmps) TI MSP430 애플리케이션 노트 로 실행할 수 있으며 초소형 태양 전지 또는 안테나를 사용하여 실행할 수 있습니다.

문제는 물리학과 에너지 변환 효율과 관련이 있습니다. 빈도에 대한 작업 요약은 아래의 [hemour2014에서]까지 다음 그림에 있습니다.

짧은 대답은 에너지를 포착하기 위해 장치를 구동해야하며 장치 불일치와 같은 제조 현실로 인해 전반적으로 손실이 있다는 것입니다. RF 에너지 하베스 팅 문제와 관련하여 충돌 과정에 필요한 모든 것을 찾을 수 있습니다.

@article{hemour2014towards,
title={Towards low-power high-efficiency RF and microwave energy harvesting},
author={Hemour, Simon and Zhao, Yangping and Lorenz, Carlos Henrique Petzl and Houssameddine, Dimitri and Gui, Yongsheng and Hu, Can-Ming and Wu, Ke},
journal={Microwave theory and techniques, IEEE transactions on},
volume={62},
number={4},
pages={965--976},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

@article{hemour2014radio,
title={Radio-frequency rectifier for electromagnetic energy harvesting:    Development path and future outlook},
author={Hemour, Simon and Wu, Ke},
journal={Proceedings of the IEEE},
volume={102},
number={11},
pages={1667--1691},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

나는 당신을 위해 모든 파생물을 할 수는 있지만 가능한 두 문서를 읽으십시오.

나는 여러 번 비슷한 질문을 받았다. 전혀 가치가없는 것 같습니다.

위의 모든 의견은 사실입니다. 우리 기술이 생성하는 대부분의 RF 방사선은 지구, 벽, 인체 등에 흡수되거나 우주로 떠난다 고 덧붙입니다. 첫 번째 경우에는 일부 물체가 약간 가열됩니다. 두 번째 경우에는 영원히 없어집니다.

전력 전송 또는이 기능을 염두에두고 특별히 설계된 RF 시스템은 예외입니다. 그러나 방송이나 통신에는 사용할 수 없습니다.

방송은 RF 에너지가 모든 방향으로 자유롭게 흐른다 고 가정합니다. "RF 에너지 수확"은 일부 시스템이이 모든 에너지를 수집한다고 가정하므로 최신 방송 (또는 통신, WiFi 연결 등)이 손실됩니다.