¿Por qué la energía invertida en radiación de radiofrecuencia no puede aprovecharse por completo? ¿Cuáles son los principales factores que inciden en esto? ¿Hay alguna investigación significativa hoy en día que describa completamente este proceso? Me quedo con la conclusión: "La energía se mueve de una forma a otra", pero en este caso, ¿por qué no se puede recolectar en esa cantidad para usarla para alimentar dispositivos de baja potencia o almacenarla en cantidades significativas en algunas baterías para más adelante? ¿utilizar? ¿Por qué no es rentable hoy en día y por qué no se utiliza hoy en día como la energía del agua, el viento y otras fuentes de energía?
Considere una antena que convierte toda la energía eléctrica de un oscilador de potencia en una transmisión de radio electromagnética. Digamos que se alimenta 1 vatio a la antena y 1 vatio es la potencia de onda de radio emitida.
Ese poder se lanza en la mayoría de las direcciones; al igual que una bombilla emite energía luminosa en (prácticamente) todas las direcciones. La bombilla no es solo un ejemplo similar, es exactamente el mismo ejemplo: la luz emitida es una onda electromagnética.
Ahora imagina que estás a 1 metro de esa bombilla con un panel solar 100% eficiente. Luego imagina que construyes varios paneles solares que envuelven exacta y totalmente la bombilla. Cablea los paneles solares en serie y ve cuánta energía puede extraer. Bueno, para este experimento mental, en realidad puedes extraer el 100% de ese poder.
Luego te paras a 10 m de distancia y haces lo mismo. Obviamente, necesita muchos más paneles solares pero, suponiendo que la luz emitida incide totalmente en los paneles y no hay fugas de luz más allá de esos paneles, recibirá el 100% de la energía.
Así que se puede hacer, pero a un gran costo y molestias. Pero no es un gran problema con un rayo láser afilado como un lápiz y un panel solar 100% eficiente. Si puede enfocar la luz lo suficiente, puede recolectar TODA la energía. Recuerde que esto es solo un ejercicio mental y que los paneles solares y las lámparas/láseres están lejos de ser 100% eficientes.
Volviendo a una onda de radio transmitida, podría construir un plato parabólico y transmitir a una frecuencia suficientemente alta para poder concentrar la mayor parte de la potencia en una antena receptora (otro plato). Esto se hace en todo el país por personal militar y de telecomunicaciones para obtener datos de línea de visión y comunicaciones de voz que son "en gran medida" privadas en el sentido de que es difícil "robar" una escucha de lo que se transmite a menos que esté cerca de las antenas y recogiendo un pequeño lóbulo lateral de energía.
Para el resto de todos los transmisores que emiten, son generalmente dipolos y difunden su energía emitida en todas direcciones en al menos un plano. Esto permite que las estaciones de música se recojan con bastante facilidad y ese, por supuesto, es el objetivo.
¿Puedes cosechar fácilmente esa energía? No muy bien porque la energía está volando en gran parte hacia el espacio y los "oyentes" solo reciben una fracción.
La antena de cada oyente es efectivamente una red (es decir, tiene un "área" real a pesar de su forma larga y delgada) que captura la energía enviada desde ese transmisor y la cantidad que captura suele ser femto watts. Normalmente, un receptor de RF (a riesgo de ser demasiado general) puede funcionar con alrededor de 10 microvoltios recibidos de la antena y, en promedio a través de una amplia muestra de tipos de antena, este voltaje tendrá una impedancia de fuente de alrededor de 50 ohmios.
La potencia liberada es por tanto 5 uV al cuadrado / 50 = 5 femtovatios.
Obviamente, cuanto más cerca esté del transmisor, mayor será la potencia que se puede liberar, pero si todo lo que le interesa es obtener potencia utilizable, entonces use cables.
Si hiciera los cálculos sobre la suma total de energía que se puede recolectar en cualquier punto de la tierra, no encontraría muchos lugares donde se puedan recolectar más de un par de milivatios.
La energía solar y la recolección de energía RF son básicamente formas de lo mismo: la recolección de ondas electromagnéticas.
¿Incluso cuando estamos junto al enrutador? Leí que algunos routers dan hasta 80mW
Los enrutadores generalmente usan antenas de cuarto de onda y, para recolectar energía, también puede usar una antena de cuarto de onda. La distancia realista a la que puede acercarse es aproximadamente lambda (1 longitud de onda) antes de que comience a causar efectos de carga extraños en la antena. Esta es una distancia de aproximadamente 0,1 metros, por lo que, utilizando la ecuación de transmisión de Friis convertida a dB: -
Pérdida (dB) = 32,45 + 20 (f) + 20 (d)
Donde f está en MHz y d está en kilómetros. Esta ecuación le dice cuántos dB de pérdida de potencia puede esperar a una distancia dada con una frecuencia portadora dada.
Para 2,45 GHz y 0,1 metros (0,0001 km) la pérdida es 32,45 + 67,6 - 80 = 20 dB.
Pero las antenas tx y rx tienen una ganancia de aproximadamente 4dB entre ellas (porque son semidireccionales) y, por lo tanto, la pérdida es de solo unos 16 dB.
80 mW de entrada se convierte (teóricamente) en 12,7 mW de salida.
Si generalizamos un poco su pregunta para cubrir no solo la recolección de energía de RF, sino también la recolección de energía electromagnética en general, lo hacemos todo el tiempo.
El sol es esencialmente un transmisor electromagnético con una potencia de salida de aproximadamente 4 × 10 26 vatios. Una granja solar muy grande tiene una salida (máxima) de 6 × 10 8 vatios.
Para poner esto en perspectiva, si tuviera 8 kilogramos de oro y quitara un solo átomo , esa es aproximadamente la misma fracción que la energía recibida del sol.
Eso es $ 287,000 de oro, y puede cosechar la mitad de una billonésima parte de un centavo .
Si tomaras a todas las personas del mundo, cosecharías el valor de un corte de uñas de humanos.
La razón, por supuesto, es que la mayor parte de la producción de energía del sol ni siquiera llega a la Tierra.
El problema es muy similar con la recolección de energía de RF. De toda la energía de radiofrecuencia transmitida por todos los transmisores del mundo, solo una fracción minúscula llegará a su antena.
Relacionado: Escuché que los granjeros con cercas de alambre largas que corren paralelas a las líneas eléctricas podrían "robar" CA acoplada de 50/60 Hz. No estoy seguro de si esto es cierto o de cuánta energía habría disponible, pero supongo que una cantidad pequeña, pero suficiente para que las compañías eléctricas notaran la pérdida y fueran a buscarla. Después de haber gastado el dinero para comprar todo ese cable para su esquema, podría haberlo hecho mejor comprando un panel solar o un molino de viento o agua. Nadie te acusará de robarles en ese caso.
¿Tal vez podría intentar recolectar energía de gravedad de la lluvia que cae, etc. en su lugar?
El problema tiene que ver con la física y la eficiencia de conversión de energía. Un resumen del trabajo sobre la frecuencia se encuentra en la siguiente gráfica de [hemour2014hacia] a continuación:
La respuesta corta es que tiene que manejar un dispositivo para capturar energía, y tiene pérdidas en todos los ámbitos debido a las realidades de la fabricación, como la falta de coincidencia del dispositivo. Puede encontrar todo lo que necesita para un curso intensivo sobre los problemas de la recolección de energía de RF leyendo:
@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}
}
Podría hacer todas las derivaciones por usted, pero solo lea esos dos documentos cuando estén disponibles.
Me hicieron varias veces preguntas similares. Parece absolutamente ninguna idea de valor.
Todos los comentarios anteriores son ciertos. Agregaría que la mayor parte de la radiación de RF que produce nuestra tecnología es absorbida por la tierra, las paredes, los cuerpos humanos, etc. o sale al espacio. En el primer caso, provoca un calentamiento marginal de algunos objetos. En el segundo caso, se pierde para siempre.
La única excepción son los sistemas de RF diseñados específicamente para la transferencia de energía o teniendo en cuenta esta funcionalidad. Sin embargo, no pueden ser utilizados para radiodifusión o comunicaciones.
Puede ver una clara contradicción: la transmisión asume que la energía de RF fluye libremente en todas las direcciones. La "recolección de energía de RF" supone que algún sistema recolecta toda esta energía, por lo que la última se pierde para la transmisión (o comunicaciones, conexiones WiFi, etc.).
Hay grupos de investigación que hacen esto: IEEE Paper Hay varios más, pero estoy cansado de buscar en Google. Recuerdo un artículo\grupo que capturaba energía inalámbrica para alimentar un microcontrolador. Algunos de los MSP430 de TI pueden funcionar con potencias muy bajas (uAmps) TI MSP430 App Note y usar una celda solar muy pequeña o una antena para funcionar.
JRE
Enida
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