- Paghahatid ng Lakas sa pamamagitan ng daluyan ng Air
- Pagsasamantala sa pagkagambala upang mapalakas ang mga alon
Ang mga mananaliksik at Siyentipiko mula sa Moscow Institute of Physics and Technology at ITMO University ay nagtatanghal ng isang paraan upang madagdagan ang kahusayan ng paglipat ng wireless power sa malayong distansya.
Ang koponan ng mga mananaliksik mula sa MIPT at ITMO University ay sinubukan ito gamit ang bilang na simulation at mga eksperimento. Para sa pagkamit nito, nagpadala sila ng lakas sa pagitan ng dalawang mga antena. Bilang isang resulta, ang isa sa kanila ay nasasabik sa isang pabalik-palaganap na signal ng tukoy na amplitude at phase.
"Ang paniwala ng isang magkakaugnay na absorber ay ipinakilala sa isang papel na inilathala noong 2010. Ipinakita ng mga may-akda na ang pagkagambala ng alon ay maaaring magamit upang makontrol ang pagsipsip ng ilaw at electromagnetic radiation sa pangkalahatan," naalaala ng estudyante ng doktor ng MIPT na si Denis Baranov.
"Napagpasyahan naming alamin kung ang iba pang mga proseso, tulad ng paglaganap ng electromagnetic wave, ay maaaring kontrolin sa parehong paraan. Pinili naming makipagtulungan sa isang antena para sa wireless power transfer, dahil ang sistemang ito ay makikinabang nang malaki sa teknolohiya," aniya. "Sa gayon, nagulat kami nang malaman na ang paglipat ng kuryente ay maaaring mapagbuti sa pamamagitan ng paglilipat ng isang bahagi ng natanggap na kuryente mula sa pagsingil ng baterya pabalik sa tumatanggap na antena."
Ang paglipat ng wireless power na orihinal na iminungkahi ni Nikola Tesla noong ika - 19 Siglo. Ginamit niya ang prinsipyo ng electromagnetic induction, tulad ng alam natin na ang batas ni Faraday ay nagsasabi na kung ang isang pangalawang likaw ay inilalagay sa magnetic field ng unang coil, ito ay nagpapahiwatig ng isang kasalukuyang kuryente sa pangalawang likaw, na maaaring magamit para sa iba't ibang aplikasyon.
Larawan. 1. Ang mga dash line ng mga magnetic field sa paligid ng dalawang induction coil ay naglalarawan ng prinsipyo ng electromagnetic induction
Ngayon, kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa saklaw ng wireless transfer, eksaktong nangangahulugang sa tuktok ng charger. Ang problema ay sa lakas ng magnetic field na nabuo ng coil sa charger ay baligtad na proporsyonal sa distansya mula rito. Dahil dito, gumagana lamang ang wireless transfer sa distansya na mas mababa sa 3-5 sentimetro. Bilang isang solusyon dito, pagdaragdag ng laki ng isa sa mga coil o kasalukuyang nasa loob nito, ngunit nangangahulugan ito para sa isang mas malakas na magnetic field na maaaring mapanganib sa mga tao sa paligid ng aparato. Gayundin, may ilang mga bansa na may ligal na limitasyon sa lakas ng radiation. Tulad ng sa Russia, ang density ng radiation ay hindi dapat lumagpas sa 10 microwatts bawat square centimeter sa paligid ng cell tower.
Paghahatid ng Lakas sa pamamagitan ng daluyan ng Air
Ang Wireless Power Transfer ay posible sa pamamagitan ng iba't ibang mga pamamaraan tulad ng paglipat ng enerhiya sa malayo, pag-iilaw ng kuryente, at paggamit ng dalawang antena, na ang isa ay nagpapadala ng enerhiya sa anyo ng mga electromagnetic na alon sa isa pa na higit na nagko-convert sa radiation sa mga de-kuryenteng alon. Ang nagpapadala ng antena ay hindi maaaring mapabuti, sapagkat ito ay bumubuo lamang ng mga alon. Ang tumatanggap na antena ay may maraming mga lugar para sa pagpapabuti. Hindi nito hinihigop ang lahat ng radiation ng insidente ngunit sinasalamin ang ilan sa mga likuran nito. Sa pangkalahatan, ang tugon ng antena ay natutukoy ng dalawang pangunahing mga parameter: ang oras ng pagkabulok τF at τw sa libreng puwang radiation at sa circuit ng elektrikal ayon sa pagkakabanggit. Ang ratio sa pagitan ng dalawang halagang ito ay tumutukoy sa kung magkano ang enerhiya na dala ng isang insidente na alon ay "nakuha" ng tumatanggap na antena.
Larawan 2. Tumatanggap ng antena. Ang SF ay nagpapahiwatig ng radiation ng insidente, habang ang sw− ay ang enerhiya na sa huli ay pumupunta sa electrical circuit at ang sw + ay ang auxiliary signal. Kredito: Alex Krasnok et al./ Mga Sulat sa Physical Review
Gayunpaman, ang tagatanggap ay nagpapadala ng isang pantulong na senyas pabalik sa antena at yugto at laki ng signal na tumutugma sa alon ng insidente, makagambala ang dalawang ito, na posibleng baguhin ang proporsyon ng nakuha na enerhiya. Ang pagsasaayos na ito ay tinalakay sa papel na iniulat sa kuwentong ito, na isinulat ng pangkat ng mga mananaliksik ng MIPT na Denis Baranov at pinangunahan ni Andrea Alu.
Pagsasamantala sa pagkagambala upang mapalakas ang mga alon
Bago ipatupad ang kanilang iminungkahing pagsasaayos ng paghahatid ng kuryente sa isang eksperimento, teoretikal na tinantya ng mga pisiko kung anong pagpapabuti sa isang regular na passive antena ang maalok nito. Ito ay naka-out na kung ang kundisyon ng pagtutugma ng kundisyon ay natutugunan sa unang lugar, walang pagpapabuti kung ano man: Ang antena ay perpektong inaayos upang magsimula sa. Gayunpaman, para sa isang detuned antena na ang mga oras ng pagkabulok ay naiiba nang naiiba - iyon ay, kapag ang τF ay maraming beses na mas malaki kaysa sa τw, o sa kabilang banda - ang auxiliary signal ay may kapansin-pansin na epekto. Depende sa phase at amplitude nito, ang proporsyon ng hinihigop na enerhiya ay maaaring maraming beses na mas malaki kumpara sa parehong detuned antena sa passive mode. Sa katunayan, ang dami ng hinihigop na enerhiya ay maaaring makakuha ng kasing taas ng isang naka-tono na antena (tingnan ang larawan 3).
Larawan 3. Ang grap sa (a) ay nagpapakita kung paano ang pagkakaiba sa pagitan ng natanggap at natupok na lakas, na kilala bilang balanse ng enerhiya Σ ay nakasalalay sa lakas na pantulong na signal para sa isang detuned na antena na may timesw 10 beses na mas malaki kaysa sa τF. Saklaw ng lugar na kulay kahel ang saklaw ng mga posibleng pagbabago ng yugto sa pagitan ng alon ng insidente at ng senyas. Ang linya na putol-putol ay kumakatawan sa parehong pag-asa para sa isang antena na ang parametersF at parametersw na mga parameter ay pantay - iyon ay, isang naka-tono na antena. Ipinapakita ng grap (b) ang kadahilanan ng pagpapahusay - ang ratio sa pagitan ng maximum na balanse ng enerhiya Σ at ang balanse ng enerhiya ng isang passive detuned antena - bilang isang pagpapaandar ng ratio sa pagitan ng mga antena pagkabulok na beses τF / τw. Kredito: Alex Krasnok et al./ Mga Sulat sa Physical Review
Upang kumpirmahin ang kanilang mga kalkulasyon ng teoretikal, binuod ng mga mananaliksik ang isang 5-sentimeter na haba na dipole antena na konektado sa isang mapagkukunan ng kuryente at sinilaw ito ng mga 1.36-gigahertz alon. Para sa pag-setup na ito, ang pagtitiwala ng balanse ng enerhiya sa signal phase at amplitude (figure 4) sa pangkalahatan ay sumabay sa mga teoretikal na hula. Kapansin-pansin, ang balanse ay na-maximize para sa isang zero phase shift sa pagitan ng signal at ang wave ng insidente. Ang paliwanag na inalok ng mga mananaliksik ay ito: Sa presenste ng auxiliary signal, ang mabisang aperture ng antena ay pinahusay, kaya't kinokolekta nito ang mas maraming nagpapalaganap na enerhiya sa cable. Ang pagtaas ng siwang na ito ay maliwanag mula sa Poynting vector sa paligid ng antena, na nagsasaad ng direksyon ng electromagnetic radiation energy transfer (tingnan ang pigura 5).
Larawan 4. Mga resulta ng mga kalkulasyon ng bilang para sa iba't ibang mga paglilipat ng yugto sa pagitan ng alon ng insidente at ng senyas (ihambing ang numero 3a). Kredito: Alex Krasnok et al./ Mga Sulat sa Physical Review
Larawan 5. Ang pamamahagi ng vector ng Poynting sa paligid ng antena para sa isang zero phase shift (kaliwa) at isang phase shift na 180 degree (kanan). Kredito: Alex Krasnok et al./ Mga Sulat sa Physical Review
Bilang karagdagan sa mga simulation na may bilang, ang koponan ay nagsagawa ng isang eksperimento sa dalawang mga adaptor ng coaxial, na nagsilbing mga microwave antennas at nakaposisyon na 10 sentimetro ang pagitan. Ang isa sa mga adapter ay nag-radiate ng mga alon na may mga kapangyarihan na humigit-kumulang sa 1 milliwatt, at ang iba ay nagtangkang kunin sila at ilipat ang enerhiya sa isang circuit sa pamamagitan ng isang coaxial cable. Kapag ang dalas ay itinakda sa 8 gigahertz, ang mga adaptor ay nagpapatakbo bilang mga tuned antennas, paglipat ng lakas na halos walang pagkalugi (figure 6a). Gayunpaman, sa mas mababang mga frequency, ang amplitude ng sinasalamin na radiation ay tumaas nang husto, at ang mga adaptor ay gumana nang mas katulad ng mga detuned antennas (pigura 6b). Sa huling kaso, nagawang mapalakas ng mga mananaliksik ang dami ng nailipat na enerhiya na halos sampung beses sa tulong ng mga senyas ng auxiliary.
Larawan 6. Eksperimento na sinusukat ang pagpapanatili ng balanse ng enerhiya sa shift ng phase at lakas ng signal para sa isang tuned (a) at detuned (b) antena. Kredito: Alex Krasnok et al./ Mga Sulat sa Physical Review
Noong Nobyembre, isang pangkat ng mga mananaliksik kasama si Denis Baranov ang may teoretikal na ipinakita na ang isang transparent na materyal ay maaaring gawin upang makuha ang ilaw ng pangyayari, kung ang papasok na pulso ng ilaw ay may tamang mga parameter (partikular, ang amplitude ay dapat na lumago exponentially). Bumalik sa 2016, ang mga physicist mula sa MIPT, ITMO University, at University of Texas sa Austin ay nakabuo ng mga nano-antennas na nagkakalat ng ilaw sa iba't ibang direksyon depende sa intensity nito. Maaari itong magamit upang lumikha ng ultrafast data paghahatid at pagproseso ng mga channel.
Pinagmulan ng Balita: MIPT