Transmisión de electricidad sin cables - desde el principio hasta el presente.



Comentando el artículo Defensa aérea de cuarta generación."chocó" con TOR2 en el tema de la alimentación inalámbrica remota de energía eléctrica UAV (BPA) de clase pequeña y ultra pequeña (cm. aquí), y también sobre el tema: el algoritmo de enjambre (agentes) para la FPU y las perspectivas de la generación de defensa aérea 4. Trataré de resaltar el tema de la transmisión inalámbrica de energía a lo mejor de mi conocimiento. El algoritmo de enjambre (el concepto de agentes) y la posible ineficiencia de los sistemas de defensa aérea existentes es, en general, el tema de un artículo separado.
Transmisión de potencia sin cablesEste es un método para transmitir energía eléctrica sin utilizar elementos conductores en un circuito eléctrico.


A finales del siglo XIX, el descubrimiento de que una bombilla podía hacer que brillara con electricidad provocó una explosión de investigaciones destinadas a encontrar la mejor manera de transmitir electricidad.
Transmisión de electricidad sin cables - desde el principio hasta el presente.


La transmisión de energía inalámbrica también se estudió activamente a principios del siglo 20, cuando los científicos prestaron gran atención a la búsqueda de varias formas de transmisión de energía inalámbrica. El propósito de la investigación era simple: generar un campo eléctrico en un lugar para que luego pudiera ser detectado por sus dispositivos a distancia. Al mismo tiempo, se hicieron intentos para suministrar energía a distancia, no solo sensores altamente sensibles para la detección de voltaje, sino también importantes consumidores de energía. Entonces en el año 1904 en la exposicion San Feria mundial de luis el premio fue otorgado por el exitoso lanzamiento de un motor de aeronave 0,1 de caballos de fuerza, realizado a una distancia de 30 m.

Los gurús de la "electricidad" son conocidos por muchos (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas y otros), pero pocos saben que el investigador japonés Hidetsugu Yagi utilizó una antena de desarrollo propio para transmitir energía. En febrero, 1926, publicó los resultados de su investigación, en la que describió la estructura y el método para sintonizar la antena Yagi.


Nota: sobre Nikola Tesla No lo mencioné conscientemente: fue escrito mucho y mucho.

Se realizaron trabajos y proyectos muy serios en la URSS en el período 1930-1941. y paralelo a Tercer Reich.
Naturalmente, principalmente con fines militares: la derrota del personal enemigo, la destrucción de la infraestructura militar e industrial, etc. En la URSS, también se estaba trabajando seriamente en el uso de la radiación de microondas para prevenir la corrosión de la superficie de las estructuras y productos metálicos. Pero es separado historia, lo que requiere una importante inversión de tiempo: una vez más, debes subir a un ático polvoriento o a un sótano no menos polvoriento.

Uno de los más grandes físicos rusos del siglo pasado, ganador del Premio Nobel, académico Peter Leonidovich Kapitsa Dedicó parte de su biografía creativa a investigar las perspectivas del uso de oscilaciones y ondas de microondas para crear sistemas de transferencia de energía nuevos y altamente eficientes.

En 1962, en el prefacio a su monografías el escribió:
"... Quiero recordarle que la ingeniería eléctrica, antes de ingresar a la industria de la energía, en el siglo pasado, se ocupó ampliamente de las telecomunicaciones (telégrafo, señalización, etc.). Es probable que la historia se repita: ahora la electrónica se utiliza principalmente para fines de comunicación por radio, pero Su futuro radica en resolver los mayores problemas energéticos ".

De la larga lista de ideas técnicas fantásticas implementadas en el siglo XX, solo el sueño de la transmisión inalámbrica de energía eléctrica sigue sin cumplirse. Las descripciones detalladas de los rayos de energía en las novelas de ciencia ficción molestaron a los ingenieros con su evidente necesidad y, al mismo tiempo, la complejidad práctica de la implementación.
Pero la situación gradualmente comenzó a cambiar para mejor.

En 1964, un experto en electrónica de microondas William C.Brown probó por primera vez un dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de recibir y usar energía de microondas en forma de corriente continua, gracias a una red de antenas que consta de dipolos de media onda, cada uno de los cuales se carga en diodos Schottky de alta eficiencia. .



En el mismo 1964, el Sr. William C. Brown hizo una demostración en el canal CBS en el programa Noticias de Walter Cronkite Su modelo de helicóptero, recibe suficiente energía para el vuelo desde el emisor de microondas.

En principio, este evento y esta tecnología son los más interesantes en los temas de TopWar (a continuación, veremos un poco sobre los bytes y la energía doméstica). Historia y experimentos de vuelo de microondas con alimentación inalámbrica (película en inglés, pero todo es lo suficientemente claro)


Ya por 1976, William Brown transmitió la potencia del haz de microondas en 30 kW a una distancia en 1,6 km con una eficiencia superior al 80%.

Las pruebas se realizaron en el laboratorio y bajo petición. Raytheon Co.
¿Qué es famoso por Raytheon y el área de interés principal de esta compañía, creo que no debería especificar? Bueno, si alguien no lo sabe, vea la cronología histórica de Raytheon:


Detalles sobre los resultados logrados aquí (en inglés y el formato de RIS, BibTex y RefWorks Direct Export):
Transmisión de energía por microondas - Revistas IOSR
El helicóptero accionado por microondas. William C. Brown. Empresa raytheon.

De hecho, en 1970-e, se realizaron técnicamente los sueños de la OTAN y los Estados Unidos sobre las constantes patrullas aéreas de Irak (Libia, Siria, etc.) con drones de cámara que cazaban (o arreglaban) a "terroristas" en las horas 24 en línea.

En 1968, el experto en investigación espacial estadounidense Peter E. Glaser sugirió colocar grandes paneles solares en una órbita geoestacionaria y transmitir la energía producida por ellos (5-10 GW) a la superficie de la Tierra con un haz de microondas bien enfocado , luego conviértalo en energía de corriente continua o corriente alterna de frecuencia técnica y distribúyalo a los consumidores.


Tal esquema hizo posible utilizar el intenso flujo de radiación solar existente en la órbita geoestacionaria (~ 1,4 kW / m2) y transmitir la energía recibida a la superficie de la Tierra de forma continua, independientemente de la hora del día y las condiciones meteorológicas. Debido a la inclinación natural del plano ecuatorial al plano eclíptico con un ángulo de grados 23,5, el satélite ubicado en la órbita geoestacionaria está iluminado casi continuamente por la radiación solar, excepto por cortos períodos de tiempo cerca del equinoccio de primavera y otoño, cuando este satélite cae a la sombra de la Tierra. Estos períodos de tiempo se pueden predecir con precisión, y en total no superan el 1% de la duración total del año.

La frecuencia de las oscilaciones electromagnéticas del haz de microondas debe corresponder a los rangos asignados para uso en la industria, la investigación y la medicina. Si esta frecuencia se elige igual a 2,45 GHz, entonces las condiciones meteorológicas, incluidas las nubes pesadas y las precipitaciones pesadas, prácticamente no tienen efecto en la eficiencia de la transferencia de energía. La banda 5,8 GHz es tentadora porque permite reducir el tamaño de las antenas de transmisión y recepción. Sin embargo, la influencia de las condiciones meteorológicas aquí requiere más estudio.

El nivel actual de desarrollo de la electrónica de microondas permite hablar de un valor bastante alto de la eficiencia de la transferencia de energía de microondas desde la órbita geoestacionaria a la superficie de la Tierra, en el orden de 70% ÷ 75%. En este caso, el diámetro de la antena transmisora ​​generalmente se elige para que sea 1 km, y la rectena de tierra tiene las dimensiones 10 km x 13 km para la latitud del granizo 35. SCES con un nivel de potencia de salida de 5 GW tiene una densidad de potencia radiada en el centro de la antena transmisora ​​23 kW / m², y en el centro de la potencia de recepción - 230 W / m².


Se investigaron varios tipos de generadores de microondas de vacío y de estado sólido para la antena de transmisión SCES. William Brown demostró, en particular, que los magnetrones bien dominados por la industria y destinados a los hornos de microondas también pueden usarse en arreglos de antenas transmisoras SCES si cada uno de ellos cuenta con su propio circuito de retroalimentación negativa en relación con la señal del reloj externo (por lo tanto, llamado Magnetron Direccional Amplificador (MDA).

Rektenna - un sistema altamente eficiente de recepción-transformación, sin embargo, los diodos de bajo voltaje y la necesidad de su conmutación secuencial pueden conducir a averías de tipo avalancha. Un convertidor de energía ciclotrón permite eliminar este problema en gran medida.

La antena transmisora ​​SCES puede ser una matriz de antenas activas de reemisión inversa basadas en guías de onda ranuradas. Su orientación aproximada se realiza mecánicamente. Para una guía precisa del haz de microondas, la señal piloto emitida desde el centro receptor se utiliza y analiza en la superficie de la antena transmisora ​​por la red de sensores relevantes.

1965 a 1975 Se completó con éxito un programa de investigación dirigido por Bill Brown, que demuestra la capacidad de transferir energía con una potencia de 30 kW a una distancia de más de 1 millas con una eficiencia de 84%.

En 1978 - 1979 en los Estados Unidos, bajo la dirección del Departamento de Energía (Departamento de Energía - DOE) y la NASA (NASA), se llevó a cabo el primer programa de investigación gubernamental destinado a determinar las perspectivas de SKES.

En 1995 - 1997, la NASA volvió de nuevo a la discusión de las perspectivas de SCES, basándose en el progreso tecnológico alcanzado en ese momento.


La investigación se continuó en 1999 - 2000 (Programa de Investigación y Tecnología Estratégica de Energía Solar Espacial (SSP)).

Japón realizó la investigación más activa y sistemática en el campo de SCES. En 1981, bajo la dirección de los profesores M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) y S. Sasaki (Susumu Sasaki), se inició una investigación en el Instituto de Investigación Espacial de Japón para desarrollar un prototipo SCES con un nivel de potencia de 10 MW, que podría crearse utilizando los vehículos de lanzamiento existentes. La creación de un prototipo de este tipo le permite obtener experiencia tecnológica y preparar las bases para la formación de sistemas comerciales.


El proyecto se llamó SKES2000 (SPS2000) y recibió reconocimiento en muchos países del mundo.

En 2008, Marin Soljačić, Profesor Asociado de Física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), despertó de un sueño dulce gracias a una persistente búsqueda de teléfonos móviles. "El teléfono no dejó de hablar, exigiendo que lo configurara para cargar", dijo Soldzhachich. Cansado e incapaz de levantarse, comenzó a soñar que el teléfono, una vez en casa, comenzaría a cargarse solo.

Así apareció WiTricidad y la corporación WiTricity.


En junio, 2007, el Sr. Marin Soljačić y varios otros investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts informaron sobre el desarrollo de un sistema en el que se suministró la lámpara 60 W desde una fuente ubicada a una distancia de 2 m, y la eficiencia fue 40%.


Según los autores de la invención, esta no es una resonancia "pura" de circuitos acoplados y no es un transformador de Tesla con acoplamiento inductivo. El radio de transmisión de energía actual es un poco más de dos metros, en el futuro, hasta los medidores 5-7.

En general, los científicos probaron dos esquemas fundamentalmente diferentes.
1. En una bobina de inducción o transformador eléctrico, que tiene un núcleo de metal o aire, la energía se transmite mediante un simple acoplamiento electromagnético, llamado inducción magnética. Usando este método, la transmisión y la producción de energía se hicieron factibles a una distancia considerable, pero para obtener un voltaje significativo de manera similar era necesario disponer dos bobinas muy cerca.
2. Si se usa un acoplamiento de resonancia magnética, donde ambos inductores se sintonizan a una frecuencia mutua, se puede transferir una energía considerable a una distancia considerable.


Otras compañías desarrollan frenéticamente tecnologías similares: Intel ha demostrado su tecnología WREL con una eficiencia de transferencia de energía de hasta 75%. En 2009, Sony mostró TV sin una conexión de red. Solo una circunstancia es alarmante: independientemente del método de transmisión y los trucos técnicos, la densidad de energía y la intensidad de campo en las instalaciones deben ser lo suficientemente altas para alimentar los dispositivos con una capacidad de varias decenas de vatios. Según los propios desarrolladores, no hay información sobre los efectos biológicos en los seres humanos de tales sistemas. Dada la reciente aparición y el enfoque diferente para la implementación de dispositivos de transferencia de energía, dichos estudios aún están llegando y los resultados no aparecerán pronto. Y podemos juzgar su impacto negativo solo indirectamente. Algo volverá a desaparecer de nuestras viviendas, como las cucarachas.

En 2010, Haier Group, un fabricante chino de electrodomésticos, presentó su producto único en CES 2010 en la exposición CES XNUMX, un televisor LCD totalmente inalámbrico basado en la investigación de la profesora Marina Solyachicha sobre transmisión de energía inalámbrica e interfaz digital inalámbrica en el hogar (WHDI).

En 2012-2015 Los ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado una tecnología que hace posible usar el Wi-Fi como una fuente de energía para alimentar dispositivos portátiles y cargar dispositivos. La tecnología ya es reconocida por la revista Popular Science como una de las mejores innovaciones de 2015 del año. La adopción generalizada de la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ha producido en sí misma una verdadera revolución. Y ahora fue el turno de la transmisión inalámbrica de energía a través del aire, lo que los desarrolladores de la Universidad de Washington llamaron PoWiFi (de Power Over WiFi).


En la etapa de prueba, los investigadores pudieron cargar con éxito baterías de litio-ion e hidruro de níquel-metal de pequeña capacidad. Utilizando el enrutador Asus RT-AC68U y varios sensores ubicados a una distancia de 8,5 metros de él. Estos sensores convierten la energía de una onda electromagnética en corriente continua con voltaje de 1,8 a 2,4 voltios, que son necesarios para alimentar los microcontroladores y los sistemas de sensores. La peculiaridad de la tecnología es que la calidad de la señal de trabajo no se deteriora. Simplemente reinicie el enrutador, y puede usarlo como de costumbre, además de suministrar energía a dispositivos de baja potencia. En una de las demostraciones, una pequeña cámara de vigilancia encubierta con baja resolución se encendió con éxito, ubicada a una distancia de más de 5 metros del enrutador. Luego, en el 41% del Jawbone Up24 fitness tracker se cargó, tomó 2,5 horas.

Las preguntas complicadas sobre por qué estos procesos no afectan la calidad del canal de comunicación de la red, los desarrolladores respondieron que esto es posible debido a que el enrutador flash durante su operación envía paquetes de información a los canales de transferencia de información no ocupados. Tomaron esta decisión cuando descubrieron que, durante los períodos de silencio, la energía simplemente se aleja del sistema y, de hecho, se puede enviar a dispositivos de baja potencia.

Durante la investigación, el sistema PoWiFi se ubicó en seis casas y sugirieron que los residentes usen Internet como de costumbre. Descargue páginas web, vea videos en tiempo real y luego cuente lo que ha cambiado. Como resultado, resultó que el rendimiento de la red no cambió en absoluto. Es decir, Internet funcionó como siempre, y la presencia de la opción agregada no se notó. Y estas fueron solo las primeras pruebas, cuando se recolectó una cantidad relativamente pequeña de energía a través de Wi-Fi.

En el futuro, la tecnología PoWiFi puede servir completamente para alimentar los sensores integrados en electrodomésticos y equipos militares para controlarlos de forma inalámbrica y realizar la carga / recarga remota.

Actual es la transferencia de energía para el UAV (muy probablemente, ya en tecnología Powimax o de Radar avión de transporte):



La idea parece bastante tentadora. En lugar de los minutos de vuelo 20-30 de hoy:
LOCUST - Swarming Navy Drones
En los Estados Unidos, experimentó un “enjambre” de microdrones Perdix.

→ Intel realizó un show de drones durante una actuación de Lady Gaga durante una pausa en el Super Bowl de los EE. UU.Plataforma Aero Intel® para UAV
Obtenga minutos 40-80 gracias a la carga de los drones a través de la tecnología inalámbrica.

Voy a explicar:
- el intercambio de m / s drones sigue siendo necesario (algoritmo de enjambre);
- el intercambio de m / d por drones y aeronaves (matriz) también es necesario (DD, corrección de BRs, redireccionamiento, comando de eliminación, prevención de "fuego amigo", transferencia de información de inteligencia y comandos para usar armas).

Para UAV negativo de ley del cuadrado inverso (antena emisora ​​isotrópica) "compensa" parcialmente el ancho del haz de la antena y el patrón de radiación:

Esta no es una comunicación celular, donde la célula debe proporcionar comunicación a los elementos finales en 360 °.

Supongamos esta variación:
El avión de la aerolínea (para Perdix) tiene este radar F-18 (ahora) AN / APG-65:

(potencia máxima irradiada media en 12000 W)

o en el futuro tendrá AN / APG-79 AESA:

En el impulso debe producirse bajo 15 kW kW de energía EMP.


Esto es suficiente para extender la vida activa de los Micro-Drones de Perdix desde los minutos actuales de 20 hasta una hora, y tal vez más. Lo más probable es que se use el dron Perdix Middle, que el radar de combate irradiará a una distancia suficiente, y él, a su vez, "distribuirá" energía a los hermanos Micro-Drones Perdix en PoWiFi / PoWiMax, intercambiando información con ellos simultáneamente. objetivos, coordinación de enjambre).

¿Es la era de Warthog ataques algo del pasado?


¿Tal vez pronto vendrá a cargar teléfonos celulares y otros dispositivos móviles que estén en el rango de Wi-Fi, Wi-Max o 5G - en el metro, en el tren, en el avión, mientras caminan / trotan en el parque?

Epílogo: después de 10-20 años después de la introducción generalizada en la vida cotidiana de numerosos emisores de microondas electromagnéticos (teléfonos móviles, hornos de microondas, computadoras, WiFi, herramientas Blu, etc.), ¡las cucarachas en las grandes ciudades de repente se convirtieron en una rareza! Ahora la cucaracha es un insecto que solo se puede encontrar en el zoológico. De repente desaparecieron de las casas que antes habían amado.


¡TARAKANS KARL ™!
Estos monstruos son los líderes de la lista. "organismos radiorresistentes" ¡Desvergonzadamente capitulado!
Certificado

¿Quién sigue en línea?

Nota: Una estación base WiMAX típica emite potencia a aproximadamente + 43 dBm (20 W), y una estación móvil generalmente transmite a + 23 dBm (200 mW).


Los niveles de radiación permitidos de las estaciones base móviles (900 y 1800 MHz, el nivel total de todas las fuentes) en el área sanitaria-residencial en algunos países son notablemente diferentes:
Ucrania: 2,5 µW / cm². (la norma sanitaria más dura de Europa)
Rusia, Hungría: 10 µW / cm².
Moscú: 2,0 µW / cm². (La norma existió hasta finales de 2009 del año).
EE.UU., países escandinavos: 100 µW / cm².

El nivel permisible temporalmente (VDU) de radioteléfonos móviles (MRI) para usuarios de radioteléfonos en la Federación de Rusia es 10 μW / cm² (Sección IV - Requisitos de higiene para estaciones de radio móviles SanPiN 2.1.8 / 2.2.4.1190-03 "Requisitos higiénicos para la colocación y operación de radiocomunicaciones móviles terrestres").

En los EE. UU., El Certificado es emitido por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para dispositivos celulares, cuyo nivel máximo de SAR no excede 1,6 W / kg (y la potencia de radiación absorbida se reduce a 1 gramo de tejido orgánico humano).

En Europa, de acuerdo con la Directiva de la Comisión Internacional sobre Protección de Radiación No Ionizante (ICNIRP), el valor SAR de un teléfono móvil no debe exceder 2 W / kg (la potencia de radiación absorbida se da en 10 gramos de tejido humano).

Recientemente, en el Reino Unido, se consideró que un nivel de SAR seguro era 10 W / kg. La misma imagen general se observó en otros países. El SAR máximo (1,6 W / kg) adoptado en la norma ni siquiera puede clasificarse de forma segura como normas "duras" o "blandas". Los estándares para determinar el valor de SAR adoptado en los Estados Unidos y en Europa (todo el racionamiento de la radiación de microondas de los teléfonos celulares en cuestión se basa únicamente en el efecto térmico, es decir, asociado con el calentamiento de los tejidos de los órganos humanos).


SESIONES COMPLETAS.

La medicina aún no ha dado una respuesta clara a la pregunta: ¿es dañino el móvil / WiFi y en qué medida? ¿Y qué pasa con la transmisión de energía inalámbrica de las tecnologías de microondas?

Aquí la potencia no es vatios y millas vatios, pero ya kW ...

Enlaces, documentos usados, fotos y videos:
“(¡REVISTA DE RADIO ELECTRÓNICA!” N 12, 2007 (ENERGÍA ELÉCTRICA DE LAS ESTACIONES DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICAS DE SPACE-SUNNY SPACE, V. A. Bank)
"Perspectivas de la electrónica de microondas en la energía espacial" V.Bank, Dr. of Sc.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru.pinterest .com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelectro.info
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