Penghantaran kuasa tanpa wayar - dari awal hingga sekarang

2024 Pengarang: Matthew Elmers | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 22:26

Mengulas artikel pertahanan udara pada generasi keempat, "bertembung" dengan TOP2 mengenai isu bekalan kuasa tanpa wayar jarak jauh UAV kecil dan ultra kecil (UAV) (lihat di sini), dan juga mengenai topik: algoritma kawanan (ejen) untuk UAV dan prospek pertahanan udara "generasi ke-4". Saya akan cuba mengetengahkan isu penghantaran kuasa tanpa wayar sepanjang pengetahuan saya. Algoritma kawanan (konsep ejen) dan kemungkinan ketidakcekapan sistem pertahanan udara yang ada pada umumnya adalah topik untuk artikel yang berasingan.

Penghantaran elektrik tanpa wayar adalah kaedah memindahkan tenaga elektrik tanpa penggunaan unsur konduktif dalam litar elektrik.

Pada akhir abad ke-19, penemuan bahawa elektrik dapat digunakan untuk membuat cahaya mentol memicu ledakan penyelidikan untuk mencari cara terbaik untuk menghantar elektrik.

Penghantaran kuasa tanpa wayar - dari awal hingga sekarang

Penghantaran tenaga tanpa wayar juga dipelajari secara aktif pada awal abad ke-20, ketika para saintis memberi perhatian besar kepada pencarian pelbagai cara penghantaran tenaga tanpa wayar. Tujuan penyelidikan adalah mudah - untuk menghasilkan medan elektrik di satu tempat sehingga kemudian dapat dikesan oleh peranti dari jarak jauh. Pada masa yang sama, usaha telah dilakukan untuk membekalkan tenaga dari jarak jauh tidak hanya ke sensor yang sangat sensitif untuk mengesan voltan, tetapi juga kepada pengguna tenaga yang signifikan. Jadi, pada tahun 1904 di St. Louis World Fair dianugerahkan hadiah kerana berjaya melancarkan mesin pesawat dengan kapasiti 0.1 kuasa kuda, dijalankan pada jarak 30 m.

Guru "elektrik" diketahui oleh banyak orang (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas, dll.), Tetapi hanya sedikit orang yang mengetahui bahawa penyelidik Jepun Hidetsugu Yagi menggunakan antena yang dikembangkan sendiri untuk menghantar tenaga. Pada bulan Februari 1926, ia menerbitkan hasil penelitiannya, di mana ia menggambarkan struktur dan kaedah penalaan antena Yagi.

Kerja dan projek yang sangat serius telah dilaksanakan di USSR pada tahun 1930-1941. dan selari di Drittes Reich.

Secara semula jadi, terutamanya untuk tujuan ketenteraan: kekalahan tenaga kerja musuh, pemusnahan infrastruktur ketenteraan dan perindustrian, dll. Di USSR, pekerjaan serius juga dilakukan pada penggunaan radiasi gelombang mikro untuk mencegah kakisan permukaan struktur dan produk logam. Tetapi ini adalah kisah tersendiri yang memerlukan pelaburan masa yang besar: sekali lagi anda harus naik ke loteng berdebu atau ruang bawah tanah yang sama berdebu.

Salah seorang ahli fizik Rusia terbesar pada abad yang lalu, pemenang Hadiah Nobel, ahli akademik Pyotr Leonidovich Kapitsa menumpukan sebahagian dari biografi kreatifnya untuk meneliti prospek penggunaan ayunan gelombang mikro dan gelombang untuk membuat sistem penghantaran tenaga yang baru dan sangat efisien.

Pada tahun 1962, dalam pengantar monografnya, dia menulis:

Dari senarai panjang idea teknikal hebat yang dilaksanakan pada abad kedua puluh, hanya impian penghantaran tenaga elektrik tanpa wayar yang terus terpenuhi. Huraian terperinci mengenai pancaran tenaga dalam novel fiksyen sains menggoda jurutera dengan keperluan jelas mereka, dan dengan kerumitan pelaksanaannya.

Tetapi keadaan secara beransur-ansur mula berubah menjadi lebih baik.

Pada tahun 1964, pakar elektronik gelombang mikro William C. Brown pertama kali menguji peranti (model helikopter) yang mampu menerima dan menggunakan tenaga pancaran gelombang mikro dalam bentuk arus searah, berkat susunan antena yang terdiri dari dipol separuh gelombang, masing-masing yang dimuatkan dengan dioda Schottky kecekapan tinggi …

Juga pada tahun 1964, William C. Brown mempamerkan model helikopternya, yang digerakkan oleh pemancar gelombang mikro untuk penerbangan, di Walter Cronkite News CBS.

Pada prinsipnya, acara ini dan teknologi ini adalah yang paling menarik di TopWar (di bawah ini akan sedikit mengenai "kehidupan seharian" dan tenaga). Sejarah & Eksperimen Penerbangan Microwave Bertenaga Tanpa Wayar (filem dalam bahasa Inggeris, tetapi semuanya cukup jelas)

Sudah pada tahun 1976, William Brown melakukan transmisi pancaran gelombang mikro dengan kekuatan 30 kW pada jarak 1.6 km dengan kecekapan melebihi 80%.

Ujian dilakukan di makmal dan ditugaskan oleh Raytheon Co.

Apa yang menjadikan Raytheon terkenal dan bidang minat utama syarikat ini, saya rasa ia tidak wajar dinyatakan? Sekiranya ada yang tidak tahu, lihat Kronologi Sejarah Raytheon:

Baca lebih lanjut mengenai hasil yang dicapai di sini (dalam format Bahasa Inggeris dan RIS, BibTex dan RefWorks Direct Export):

→ Penghantaran Daya Gelombang Mikro - Jurnal IOSR

→ Helikopter berkuasa gelombang mikro. William C. Brown. Syarikat Raytheon.

Pada tahun 1968, penyelidik ruang angkasa Amerika Peter E. Glaser mencadangkan menempatkan panel suria besar di orbit geostasioner, dan mengirimkan tenaga yang dihasilkan oleh mereka (pada tahap 5-10 GW) ke permukaan Bumi dengan sinar gelombang mikro yang fokus., kemudian ubahnya menjadi tenaga frekuensi teknikal arus terus atau bergantian dan sebarkan kepada pengguna.

Skema seperti itu memungkinkan untuk menggunakan arus kuat sinaran suria yang ada di orbit geostasioner (~ 1, 4 kW / sq. M.), dan menghantar tenaga yang diterima ke permukaan Bumi secara berterusan, tanpa mengira waktu siang dan keadaan cuaca. Oleh kerana kecenderungan semula jadi satah khatulistiwa ke satah ekliptik dengan sudut 23.5 darjah, satelit yang terletak di orbit geostasioner diterangi oleh fluks sinaran suria hampir berterusan, kecuali untuk jangka masa yang pendek berhampiran hari-hari musim bunga dan ekuinoks musim luruh, ketika satelit ini jatuh ke bayang-bayang Bumi. Tempoh masa ini dapat diramalkan dengan tepat, dan secara keseluruhannya tidak melebihi 1% dari jumlah panjang tahun ini.

Kekerapan ayunan elektromagnetik pancaran gelombang mikro harus sesuai dengan julat yang diperuntukkan untuk digunakan dalam industri, penyelidikan ilmiah dan perubatan. Sekiranya frekuensi ini dipilih sama dengan 2,45 GHz, maka keadaan meteorologi, termasuk awan tebal dan hujan yang kuat, secara praktikalnya tidak akan mempengaruhi kecekapan pemindahan tenaga. Jalur 5,8 GHz menggoda kerana memungkinkan untuk mengurangkan ukuran antena pemancar dan penerima. Walau bagaimanapun, pengaruh keadaan meteorologi di sini sudah memerlukan kajian tambahan.

Tahap perkembangan elektronik gelombang mikro semasa membolehkan kita berbicara mengenai nilai kecekapan pemindahan tenaga yang agak tinggi oleh pancaran gelombang mikro dari orbit geostasioner ke permukaan Bumi - kira-kira 70% ÷ 75%. Dalam kes ini, diameter antena pemancar biasanya dipilih sama dengan 1 km, dan rectenna terestrial mempunyai dimensi 10 km x 13 km untuk garis lintang 35 darjah. SCES dengan daya output 5 GW mempunyai ketumpatan daya terpancar di tengah antena pemancar 23 kW / m², di tengah antena penerima - 230 W / m².

Pelbagai jenis generator gelombang mikro keadaan pepejal dan vakum untuk antena pemancar SCES telah disiasat. William Brown menunjukkan, khususnya, bahawa magnetron, yang dikembangkan dengan baik oleh industri, yang ditujukan untuk ketuhar gelombang mikro, juga dapat digunakan dalam mengirimkan susunan antena SCES, jika masing-masing dilengkapi dengan rangkaian maklum balas fasa negatifnya sendiri mengenai isyarat penyegerakan luaran (disebut Magnetron Directional Amplifier - MDA).

Rektenna adalah sistem penerimaan dan penukaran yang sangat cekap, namun voltan rendah dioda dan keperluan pergantian bersiri mereka boleh menyebabkan kerosakan longsor. Penukar tenaga siklotron sebahagian besarnya dapat menghilangkan masalah ini.

Antena pemancar SCES boleh menjadi susunan antena aktif yang dipancarkan semula berdasarkan panduan gelombang slot. Orientasi kasarnya dilakukan secara mekanikal; untuk panduan tepat sinar gelombang mikro, isyarat pandu digunakan, dipancarkan dari pusat rektena penerima dan dianalisis di permukaan antena pemancar oleh rangkaian sensor yang sesuai.

Dari tahun 1965 hingga 1975 program ilmiah yang diketuai oleh Bill Brown berjaya diselesaikan, menunjukkan kemampuan untuk menghantar kuasa 30 kW pada jarak lebih dari 1 batu dengan kecekapan 84%.

Pada tahun 1978-1979 di Amerika Syarikat, di bawah kepimpinan Jabatan Tenaga (DOE) dan NASA (NASA), program penyelidikan negara pertama dilaksanakan bertujuan untuk menentukan prospek SCES.

Pada 1995-1997, NASA kembali membincangkan masa depan SCES, berdasarkan kemajuan teknologi yang dicapai pada masa itu.

Penyelidikan dilanjutkan pada tahun 1999-2000 (Space Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology Program).

Penyelidikan yang paling aktif dan sistematik dalam bidang SCES dilakukan oleh Jepun. Pada tahun 1981, di bawah kepimpinan Profesor M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) dan S. Sasaki (Susumu Sasaki), Institut Penyelidikan Angkasa Jepun memulakan penyelidikan mengenai pengembangan prototaip SCES dengan tahap kuasa 10 MW, yang dapat dibuat menggunakan kenderaan pelancaran yang ada. Penciptaan prototaip sedemikian memungkinkan pengumpulan pengalaman teknologi dan menyediakan asas untuk pembentukan sistem komersial.

Projek ini diberi nama SKES2000 (SPS2000) dan mendapat pengiktirafan di banyak negara di seluruh dunia.

Beginilah lahirnya WiTricity dan syarikat WiTricity.

Pada bulan Jun 2007, Marin Soljačić dan beberapa yang lain di Massachusetts Institute of Technology mengumumkan pengembangan sistem di mana bola lampu 60 W dibekalkan dari sumber yang terletak sejauh 2 m, dengan kecekapan 40%.

Menurut pengarang penemuan, ini bukan resonans "suci" litar berpasangan dan bukan pengubah Tesla dengan gandingan induktif. Jejari penghantaran tenaga untuk hari ini sedikit lebih dari dua meter, di masa depan - hingga 5-7 meter.

Secara umum, saintis menguji dua skema yang berbeza secara asasnya.

Teknologi serupa dikembangkan dengan cepat oleh syarikat lain: Intel telah menunjukkan teknologi WREL dengan kecekapan penghantaran kuasa hingga 75%. Pada tahun 2009, Sony menunjukkan pengoperasian TV tanpa sambungan rangkaian. Hanya satu keadaan yang membimbangkan: tanpa menghiraukan kaedah penghantaran dan perubahan teknikal, ketumpatan tenaga dan kekuatan medan di premis mestilah cukup tinggi untuk menghidupkan peranti dengan kapasiti beberapa puluh watt. Menurut pemaju itu sendiri, masih belum ada maklumat mengenai kesan biologi sistem sedemikian pada manusia. Memandangkan penampilan baru-baru ini dan pendekatan yang berbeza untuk pelaksanaan peranti transmisi kuasa, kajian seperti ini masih berjalan di depan, dan hasilnya tidak akan muncul segera. Dan kita akan dapat menilai kesan negatifnya secara tidak langsung. Sesuatu akan hilang dari rumah kita lagi, seperti lipas.

Pada tahun 2010, Haier Group, pengeluar perkakas rumah Cina, melancarkan produk uniknya di CES 2010, sebuah TV LCD tanpa wayar sepenuhnya berdasarkan penyelidikan Profesor Marina Solyachich mengenai penghantaran kuasa tanpa wayar dan antara muka digital rumah tanpa wayar (WHDI).

Pada tahun 2012-2015. jurutera di University of Washington telah mengembangkan teknologi yang membolehkan Wi-Fi digunakan sebagai sumber kuasa untuk menghidupkan peranti mudah alih dan mengecas alat. Teknologi ini telah diakui oleh majalah Popular Science sebagai salah satu inovasi terbaik tahun 2015. Ketiadaan teknologi tanpa wayar telah merevolusikan dirinya. Dan sekarang giliran penghantaran kuasa tanpa wayar di udara, yang disebut oleh para pemaju di University of Washington sebagai PoWiFi (untuk Power Over WiFi).

Semasa fasa ujian, para penyelidik berjaya mengecas bateri lithium-ion dan hidrida logam nikel berkapasiti kecil. Menggunakan penghala Asus RT-AC68U dan beberapa sensor yang terletak pada jarak 8.5 meter darinya. Sensor ini mengubah tenaga gelombang elektromagnetik menjadi arus terus dengan voltan 1, 8 hingga 2, 4 volt, yang diperlukan untuk menggerakkan mikrokontroler dan sistem sensor. Keunikan teknologi adalah bahawa kualiti isyarat berfungsi tidak merosot dalam kes ini. Anda hanya perlu memasang semula penghala, dan anda dapat menggunakannya seperti biasa, ditambah bekalan kuasa ke peranti berkuasa rendah. Dalam salah satu demonstrasi tersebut, kamera pengintai tersembunyi dengan resolusi rendah yang terletak lebih dari 5 meter dari penghala berjaya diaktifkan. Kemudian pelacak kecergasan Jawbone Up24 dikenakan 41%, ia mengambil masa 2.5 jam.

Untuk pertanyaan rumit mengapa proses ini tidak memberi kesan negatif terhadap kualiti saluran komunikasi rangkaian, para pembangun menjawab bahawa ini menjadi mungkin kerana kenyataan bahawa penghala yang dilancarkan menghantar paket tenaga melalui saluran pemindahan maklumat yang tidak tersimpan semasa kerjanya. Mereka mengambil keputusan ini ketika mereka mengetahui bahawa dalam masa keheningan, tenaga hanya mengalir keluar dari sistem, dan sebenarnya ia dapat diarahkan ke peranti berkuasa rendah.

Di masa depan, teknologi PoWiFi dapat berfungsi dengan baik untuk sensor daya yang terdapat di dalam peralatan rumah tangga dan peralatan ketenteraan, untuk mengendalikannya tanpa wayar dan melakukan pengisian / pengisian ulang jarak jauh.

Pemindahan tenaga untuk UAV adalah relevan (kemungkinan besar, sudah menggunakan teknologi PoWiMax atau dari radar udara pesawat pengangkut):

Idea itu kelihatan cukup menggoda. Daripada 20-30 minit waktu penerbangan hari ini:

→ LOCUST - Menggegarkan Drone Tentera Laut

→ Di AS menguji "kawanan" mikrodron Perdix

→ Intel menjalankan pertunjukan drone semasa persembahan separuh masa Lady Gaga - Platform Intel® Aero untuk UAV

dapatkan masa 40-80 minit dengan mengisi semula drone menggunakan teknologi tanpa wayar.

Biar saya jelaskan:

-pertukaran drone m / y masih diperlukan (algoritma kawanan);

-pertukaran drone dan pesawat m / y (rahim) juga diperlukan (pusat kawalan, pembetulan BZ, penargetan semula, perintah untuk menghapuskan, mencegah "api ramah", pemindahan maklumat pengintaian dan arahan untuk menggunakan senjata).

Untuk UAV, yang negatif dari undang-undang segiempat terbalik (antena pemancar isotropik) sebahagiannya "mengimbangi" lebar pancaran antena dan corak radiasi:

Ini bukan sambungan selular, di mana sel mesti memberikan komunikasi 360 ° ke elemen akhir.

Katakan variasi ini:

Pesawat pengangkut (untuk Perdix) F-18 ini mempunyai (sekarang) radar AN / APG-65:

atau pada masa akan datang mempunyai AN / APG-79 AESA:

Ini cukup untuk memperpanjang usia aktif Perdix Micro-Drones dari 20 minit hingga satu jam, dan mungkin lebih banyak lagi. Kemungkinan besar, drone perantara Perdix Middle akan digunakan, yang akan disinari pada jarak yang cukup jauh oleh radar pejuang, dan pada gilirannya, akan melakukan "pengedaran" tenaga untuk adik-adik Perdix Micro- Drone melalui PoWiFi / PoWiMax, secara bersamaan bertukar maklumat dengan mereka (penerbangan dan aerobatik, tugas sasaran, koordinasi kawanan).

Adakah era serangan warthog adalah perkara masa lalu?

Mungkin, tidak lama lagi ia akan mengecas telefon bimbit dan peranti mudah alih lain yang berada dalam jangkauan Wi-Fi, Wi-Max atau 5G - di kereta bawah tanah, di kereta api, di dalam pesawat, semasa berjalan / berjoging di taman?

Kata Laluan: 10-20 tahun setelah pengenalan yang meluas dalam kehidupan seharian banyak pemancar gelombang mikro elektromagnetik (Telefon bimbit, Gelombang Mikro, Komputer, WiFi, alat Blu, dll.), Tiba-tiba lipas di bandar-bandar besar tiba-tiba menjadi jarang! Kini lipas adalah serangga yang hanya dapat dijumpai di kebun binatang. Mereka tiba-tiba hilang dari rumah yang dulu sangat mereka sayangi.

COCKROACHES KARL ™!

Monster-monster ini, pemimpin senarai "organisma tahan radio" menyerah tanpa malu-malu!

rujukan

Siapa yang seterusnya?

Catatan: Stesen pangkalan WiMAX biasa menghantar kuasa sekitar +43 dBm (20 W), sementara stesen bergerak biasanya menghantar pada +23 dBm (200 mW).

Tahap radiasi stesen pangkalan komunikasi mudah alih yang dibenarkan (900 dan 1800 MHz, tahap keseluruhan dari semua sumber) di kawasan perumahan-sanitasi di beberapa negara berbeza dengan ketara:

PILIHAN PENUH

Perubatan belum memberikan jawapan yang jelas untuk soalan: adakah mudah alih / WiFi berbahaya dan sejauh mana? Dan bagaimana dengan penghantaran elektrik tanpa wayar oleh teknologi gelombang mikro?

Di sini kuasa bukan watt dan mil batu watt, tetapi sudah kW …

Pautan, dokumen terpakai, foto dan video:

"(JURNAL ELEKTRONIK RADIO!" N 12, 2007 (KUASA ELEKTRIK DARI RUANG - TENAGA KUASA RUANG SOLAR, V. A. Banke)

"Elektronik gelombang mikro - perspektif dalam tenaga ruang angkasa" V. Banke, Ph. D.