Thu hoạch năng lượng RF

Tại sao năng lượng đầu tư vào bức xạ RF không thể được thu hoạch đầy đủ? Các yếu tố chính ảnh hưởng đến điều này là gì? Có bất kỳ nghiên cứu quan trọng hiện nay mô tả đầy đủ quá trình này? Tôi đứng trên kết luận: "Năng lượng chuyển từ dạng này sang dạng khác.", Nhưng trong trường hợp này tại sao nó không thể được thu hoạch với số lượng đó để sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho các thiết bị năng lượng thấp hoặc lưu trữ với số lượng đáng kể trong một số pin cho sau này sử dụng? Tại sao ngày nay nó không sinh lãi và tại sao ngày nay nó không được sử dụng như năng lượng từ nước, gió và các nguồn năng lượng khác?

Hãy xem xét một ăng-ten chuyển đổi tất cả năng lượng điện từ một bộ dao động điện thành một sóng vô tuyến điện từ. Giả sử 1 watt được cung cấp cho ăng-ten và 1 watt là công suất sóng vô tuyến phát ra.

Sức mạnh đó được tung ra theo hầu hết các hướng; giống như một bóng đèn phát ra năng lượng ánh sáng theo (hầu như) tất cả các hướng. Bóng đèn không chỉ là một ví dụ tương tự mà nó hoàn toàn giống ví dụ - ánh sáng phát ra là sóng điện từ.

Bây giờ hãy tưởng tượng bạn cách bóng đèn đó 1 mét với bảng điều khiển năng lượng mặt trời hiệu quả 100%. Sau đó tưởng tượng rằng bạn xây dựng một số tấm pin mặt trời che chắn chính xác và hoàn toàn bóng đèn. Bạn nối các tấm pin mặt trời nối tiếp và xem bạn có thể trích xuất bao nhiêu năng lượng. Chà, đối với thí nghiệm suy nghĩ này, bạn thực sự có thể trích xuất 100% sức mạnh đó.

Sau đó, bạn đứng cách xa 10m và làm tương tự. Rõ ràng là bạn cần nhiều tấm pin mặt trời hơn, nhưng giả sử ánh sáng phát ra hoàn toàn chiếu vào các tấm pin và không có sự rò rỉ ánh sáng nào ngoài các tấm pin đó, bạn sẽ nhận được 100% năng lượng.

Vì vậy, nó có thể được thực hiện, nhưng với chi phí lớn và bất tiện. Nhưng không quá nhiều vấn đề với chùm tia laser sắc nét bằng bút chì và bảng điều khiển năng lượng mặt trời hiệu quả 100%. Nếu bạn có thể tập trung ánh sáng đủ, bạn có thể thu thập TẤT CẢ năng lượng, hãy nhớ rằng đây chỉ là một bài tập suy nghĩ và các tấm pin mặt trời và đèn / laser khác xa hiệu quả 100%.

Quay trở lại với sóng vô tuyến truyền, bạn có thể chế tạo một đĩa parabol và truyền với tần số đủ cao để có thể tập trung hầu hết năng lượng vào ăng ten thu (một món ăn khác). Điều này được thực hiện trên toàn quốc bởi những người quân sự và viễn thông để có được dữ liệu trực quan và thông tin bằng giọng nói "phần lớn" riêng tư ở chỗ khó có thể "đánh cắp" một sự lắng nghe những gì đang được truyền đi trừ khi bạn ở gần ăng ten và thu nhận một thùy năng lượng nhỏ.

Đối với phần còn lại của tất cả các máy phát phát sóng, chúng thường là các lưỡng cực và lan truyền năng lượng của chúng phát ra theo mọi hướng trong ít nhất một mặt phẳng. Điều này cho phép các trạm âm nhạc được chọn khá dễ dàng và tất nhiên, đó là mục tiêu.

Bạn có thể dễ dàng thu hoạch năng lượng đó? Không tốt lắm vì sức mạnh chủ yếu bay vào vũ trụ và chỉ một phần nhỏ được "người nghe" nhận được.

Ăng-ten của mỗi người nghe thực sự là một mạng (tức là nó có một "khu vực" thực sự mặc dù hình dạng mỏng dài của nó) thu được năng lượng được gửi từ máy phát đó và lượng mà nó thu được thường là watts. Thông thường, một máy thu RF (có nguy cơ quá chung) có thể hoạt động với khoảng 10 micro volt nhận được từ ăng-ten và, trung bình trên một mẫu ăng-ten rộng, điện áp này sẽ có trở kháng nguồn khoảng 50 ohms.

Do đó, công suất được giải phóng là bình phương 5 uV / 50 = 5 watt.

Rõ ràng bạn càng ở gần máy phát thì sức mạnh có thể được giải phóng càng lớn, nhưng, nếu tất cả những gì bạn quan tâm là có được năng lượng có thể sử dụng được thì hãy sử dụng dây dẫn.

Nếu bạn thực hiện phép toán trên tổng năng lượng có thể được thu hoạch tại bất kỳ điểm nào trên trái đất, bạn sẽ không tìm thấy nhiều nơi có thể thu được nhiều hơn một vài nghìn watt.

Năng lượng mặt trời và thu hoạch năng lượng RF về cơ bản là cả hai hình thức của cùng một thứ - thu hoạch sóng điện từ.

Ngay cả khi chúng ta đứng bởi bộ định tuyến? Tôi đọc được rằng một số bộ định tuyến cho công suất lên tới 80mW

Bộ định tuyến thường sử dụng ăng-ten sóng quý và để thu thập năng lượng, bạn cũng có thể sử dụng ăng-ten sóng quý. Khoảng cách thực tế bạn có thể đến gần là khoảng lambda (1 bước sóng) trước khi bạn bắt đầu gây ra hiệu ứng tải lạ trên ăng-ten. Đây là khoảng cách khoảng 0,1 mét, vì vậy, sử dụng phương trình truyền Friis được chuyển đổi thành dB: -

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

Trong đó f tính bằng MHz và d tính bằng km. Phương trình này cho bạn biết có bao nhiêu dB mất điện mà bạn có thể mong đợi ở một khoảng cách nhất định với tần số sóng mang cho trước.

Đối với 2,45 GHz và 0,1 mét (0,0001 km), tổn thất là 32,45 + 67,6 - 80 = 20 dB.

Nhưng ăng ten tx và rx có mức tăng khoảng 4dB giữa chúng (vì chúng là bán định hướng) và do đó, tổn thất chỉ khoảng 16 dB.

80 mW trở thành (về lý thuyết) 12,7 mW ra.

Nếu chúng tôi khái quát câu hỏi của bạn một chút để không chỉ thu hoạch năng lượng RF, mà nói chung là thu hoạch năng lượng điện từ, chúng tôi sẽ làm điều đó mọi lúc.

Mặt trời về cơ bản là một máy phát điện từ có công suất khoảng 4 × 10 ²⁶ watt. Một trang trại năng lượng mặt trời rất lớn có công suất (cực đại) là 6 × 10 ⁸ watt.

Để đặt điều này trong viễn cảnh, nếu bạn có 8 kg vàng và bạn đã loại bỏ một nguyên tử duy nhất , đó là một phần tương đương với năng lượng nhận được từ mặt trời.

Đó là $ 287.000 vàng, và bạn có thể thu hoạch được một nửa của một phần nghìn tỷ .

Nếu bạn lấy tất cả mọi người trên thế giới, bạn sẽ thu hoạch được giá trị con người của móng tay.

Lý do tất nhiên là vì phần lớn sản lượng năng lượng của mặt trời thậm chí không va vào Trái đất.

Vấn đề rất giống với thu hoạch năng lượng RF. Trong tất cả năng lượng RF được truyền bởi tất cả các máy phát của thế giới, chỉ một phần rất nhỏ của nó sẽ chạm vào ăng-ten của bạn.

Liên quan: Tôi nghe nói rằng những người nông dân với hàng rào dây dài chạy song song với đường dây điện có thể "đánh cắp" được ghép 50/60 Hz AC. Không chắc đây là sự thật hay bao nhiêu năng lượng sẽ có, nhưng tôi đoán một lượng nhỏ, nhưng đủ để các công ty điện lực nhận thấy sự mất mát và đã đi tìm nó. Sau khi bạn đã chi tiền để mua tất cả các dây đó cho chương trình của bạn, bạn có thể đã mua một tấm pin mặt trời hoặc cối xay gió hoặc nước tốt hơn. Không ai sẽ buộc tội bạn ăn cắp từ họ trong trường hợp đó.

Có lẽ bạn có thể thử thu hoạch năng lượng trọng lực từ mưa rơi, vv thay vào đó?

Có những nhóm nghiên cứu thực hiện điều này: Giấy của IEEE Có một số nhóm nữa nhưng tôi cảm thấy mệt mỏi với việc này. Tôi nhớ một bài báo \ nhóm đang thu năng lượng không dây để cấp nguồn cho vi điều khiển. Một số MSP430 của TI có thể chạy với công suất rất thấp (uAmps) TI MSP430 App Note và sử dụng pin mặt trời hoặc ăng-ten rất nhỏ để chạy.

Vấn đề phải làm với vật lý và hiệu quả của chuyển đổi năng lượng. Tóm tắt về công việc theo tần suất nằm trong sơ đồ sau từ [hemour2014towards] bên dưới:

Câu trả lời ngắn gọn là bạn phải lái một thiết bị để thu năng lượng và bạn bị thua lỗ trên bảng do thực tế sản xuất, chẳng hạn như thiết bị không khớp. Bạn có thể tìm thấy mọi thứ bạn cần cho một khóa học sự cố liên quan đến các vấn đề thu hoạch năng lượng RF bằng cách đọc:

@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}
}

Tôi có thể làm tất cả các dẫn xuất cho bạn, nhưng chỉ cần đọc hai tài liệu đó khi chúng có sẵn.

Tôi đã được hỏi nhiều lần câu hỏi tương tự. Có vẻ như hoàn toàn không có ý tưởng giá trị.

Tất cả các ý kiến ​​trên là đúng sự thật. Tôi sẽ nói thêm rằng hầu hết các bức xạ RF mà công nghệ của chúng ta tạo ra được hấp thụ bởi trái đất, các bức tường, cơ thể con người, v.v. hoặc rời khỏi vũ trụ. Trong trường hợp đầu tiên, nó gây ra sự nóng lên của một số đối tượng. Trong trường hợp thứ hai, nó bị mất mãi mãi.

Ngoại lệ duy nhất là các hệ thống RF được thiết kế đặc biệt để truyền tải điện hoặc giữ chức năng này trong tâm trí. Tuy nhiên, chúng không thể được sử dụng để phát sóng hoặc truyền thông.

Bạn có thể thấy một mâu thuẫn rõ ràng: phát sóng giả định rằng năng lượng RF chảy mọi hướng một cách tự do. "Thu hoạch năng lượng RF" giả định rằng một số hệ thống thu thập tất cả năng lượng này, do đó, phần mới nhất bị mất để phát sóng (hoặc liên lạc, kết nối WiFi, v.v.).