¿Es posible alimentar una pequeña calculadora con una pequeña potencia extraída del ruido atmosférico EM?

Estoy construyendo para una exposición de física un pequeño circuito capaz de extraer de una antena de cable muy larga (10 metros, 20 si es necesario) una pequeña cantidad de energía suficiente para alimentar una pequeña calculadora.

El circuito que he visto en la web es:

Circuito

Los componentes son:

  • Condensadores cerámicos C1 y C2 200nF 50V (x2)
  • Diodos de germanio 1N34 (x4)
  • Condensadores electrolíticos C3 y C4 100μF 50V (x2) y obviamente una antena muy larga.

También es posible agregar un RLC adicional en la salida como "ladrón de julios".

Mi pregunta es, ¿este método y circuito tienen el potencial con una sola antena de cable de largo del orden de 10-20 metros para alimentar una pequeña calculadora?

En caso afirmativo, ¿hay algunas formas de aumentar la eficiencia del circuito (obviamente dentro del alcance del experimento)? Por ejemplo, una forma de enfocar el sistema en frecuencias de alta potencia como radio freq. Si no, ¿hay algunas formas, incluso alternativas, de alimentar una pequeña calculadora sin alimentación directa? Acepto todas las sugerencias.

PD: No hay teoría de la conspiración gracias

Esos diodos de germanio probablemente serán difíciles de obtener. Pruebe los diodos Schottky en su lugar.
workspace.imperial.ac.uk/opticalandsemidev/Public/Publications/… da una idea de los niveles de potencia disponibles. En 5m^2 de espacio, en un entorno urbano, hay unos 5mW de potencia solo en la banda GSM1800. Esto es suficiente para alimentar una calculadora de bajo consumo. Acoplarse eficientemente a esto va a ser la parte importante
Además, ¿tiene una buena razón para usar una antena de un solo cable? Para propósitos como este, creo que probablemente querrás una antena de cuadro.
Si tiene una antena lo suficientemente grande, puede ejecutar casi cualquier cosa...
Por qué querrías hacer esto? La batería de mi calculadora científica Casio nunca se ha cambiado desde el día que la compré hace más de diez años. Lo uso todos los días, así que ¿por qué alguien querría conectarle una antena?
Esto es para una exhibición de física en mi universidad, no se espera una aplicación real, solo un experimento.
Si no se opone a usar una antena "cargada", construya una antena dipolo o de cuadro cargada que esté sintonizada a 50/60 Hz de su red eléctrica local... toneladas de "energía libre" se irradian por todo su edificio en ese momento. frecuencia... casi como hacer trampa, pero bueno, funcionará.
Con mucho, la mayor potencia que obtendrá en el ancho de banda de una antena simple estará en la banda de transmisión de FM. La mayoría de las ciudades tienen varios transmisores de más de 10 kW. Sintonice su antena y rectificador para eso.
En realidad, @Felthry, uso 1N34 en uno de mis diseños de distorsión. Se pueden encontrar aquí: enlace Supuestamente tienen más de 181.000 a mano.
La carga de la antena inductiva de @tomnexus no es tan difícil, y teniendo en cuenta que la eficiencia de transmisión de energía de la red generalmente ronda el 40-50%, debería haber muchos megavatios de EMI de "zumbido de red" de 50/60 Hz radiados en esas mismas ciudades. ;)
Abordaje estricto de RF: es posible que necesite una red que coincida entre la antena y su sistema rectificador de doble rama, necesaria para lograr un punto de máxima potencia para ello. O podría tratar una rama diseñada para una carga de arranque y la otra rama optimizada para una condición de carga operativa: cada una requiere una red de adaptación diferente a la antena. (Otras ideas estarán disponibles dependiendo de la situación de RF: si está en el área de 0 dBm, podría considerar agregar un multiplicador de voltaje). Es una pregunta interesante y tengo curiosidad por lo que podría sugerirle.
@Jay interesante! No sabía que era tan fácil obtener componentes de germanio, considerando lo poco que se usan en la electrónica moderna. Puede que tenga que recoger algunos.

Respuestas (2)

@tomnexus sugiere que la transmisión de FM podría ser una fuente fuerte de radiación continua, un buen lugar para comenzar. Yo agregaría la televisión.
Así que se hizo un experimento: se conectó un medidor de potencia de RF de banda ancha (hasta 400 MHz) a una antena dipolo cuya longitud se ajustó para capturar la estación de transmisión de FM local más fuerte (alrededor de 95 MHz). En la mejor orientación, se capturó -20 dBm desde una antena cuya longitud total es de aproximadamente 1,5 m.
Eso es sólo diez microvatios.
A -20 dBm, la mayoría de los diodos (incluidos el germanio y el Schottky) funcionan en su región de ley cuadrática, lo que lo convierte en un rectificador muy ineficiente que proporciona una potencia de CC muy por debajo de los diez microvatios. Los convertidores de impedancia pueden mejorar la eficiencia de recolección, pero solo pueden acercarse a la potencia de entrada en el mejor de los casos.
La mayoría de las emisoras continuas de alta potencia ubican los sitios de transmisión donde los bienes inmuebles son baratos, ya que las grandes estructuras de antena requieren soportes de cables de sujeción que cubran un área grande. Los sitios suelen ser rurales, lejos de los "cosechadores" urbanos. Solo si se encuentra muy cerca de un sitio de transmisión, la recolección de RF tiene una posibilidad.

Depende de si está captando ruido ambiental (lo que probablemente no le daría energía para trabajar). La mayoría de las personas eligen una banda de RF con energía y luego diseñan su antena y circuito de recolección alrededor de eso.

No creo que necesites tantos componentes. No sé cuál es la diferencia, pero de acuerdo con Ambient RF Energy Harvesting in Urban and Semi-Urban Environments, se trata más de construir la antena y hacerla coincidir con el circuito que cuenta.

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Mi pregunta es, ¿este método y circuito tienen el potencial con una sola antena de cable de largo del orden de 10-20 metros para alimentar una pequeña calculadora?

Probablemente, depende de la señal en su área, si está en el medio de la nada, no tendrá suficiente energía para alimentar mucho. Pero en el artículo, la banda más baja a la que se dirigieron los investigadores fue 40 nW/cm^2.

Algunos microcontroladores solo necesitan unos pocos uA/Mhz y funcionan a 1,8 V. Entonces, para un cálculo de potencia aproximado, necesitaría 10uA * 1.8V = 18uW. La eficiencia fue del 40 %, por lo que necesitaría un área de antena de 1800 nW/40 nw/40 % = 112 cm^2, que no es tan grande, pero estaba cerca de los transmisores. Y si pusiste el micro a dormir o tuviste un reloj muy lento podrías ahorrar aún más energía. También necesitaría energía para la pantalla LCD, pero las pantallas LCD requieren muy poca energía.

Obtenga un SDR, elija una banda y luego comience con un buen diseño de antena.