為什麼不能完全收集在RF輻射上投入的能量?影響此的主要因素是什麼?如今是否有任何重要的研究可以完全描述這一過程?我的結論是:“能量從一種形式轉移到另一種形式。”但是在這種情況下,為什麼不能大量收集能量以將其用於為低功率設備供電或將其大量存儲在某些電池中以備後用使用?為什麼現在不賺錢,為什麼今天不像水,風和其他能源那樣使用它?
為什麼不能完全收集在RF輻射上投入的能量?影響此的主要因素是什麼?如今是否有任何重要的研究可以完全描述這一過程?我的結論是:“能量從一種形式轉移到另一種形式。”但是在這種情況下,為什麼不能大量收集能量以將其用於為低功率設備供電或將其大量存儲在某些電池中以備後用使用?為什麼現在不賺錢,為什麼今天不像水,風和其他能源那樣使用它?
考慮將所有功率電能從功率振盪器轉換為電磁無線電傳輸的天線。假設向天線饋送了1瓦特,發射的無線電波功率為1瓦特。
該功率在大多數方向上都被拋棄了;就像燈泡在(幾乎)所有方向上發出光能一樣。燈泡不僅是一個相似的例子,而且是一個完全相同的例子-發出的光是電磁波。
現在想像一下,您距離該燈泡1米,太陽能電池板的效率為100%。然後想像一下,您構建了幾塊完全,完全覆蓋燈泡的太陽能電池板。您將太陽能電池板串聯起來,看看可以提取多少功率。好了,對於這個思想實驗,您實際上可以提取100%的功率。
然後您站在10m處並執行相同的操作。顯然,您需要更多的太陽能電池板,但是,假設發出的光完全撞擊到電池板上,並且沒有光洩漏到這些電池板上,您將獲得100%的電力。付出極大的代價和不便。但是鉛筆尖的激光束和效率為100%的太陽能電池板並不是什麼大問題。如果您可以充分集中光線,可以收集所有能量,請記住,這只是一個思想練習,太陽能電池板和燈/激光的效率遠非100%。
回到發射的無線電波,您可以製造一個拋物面天線,並以足夠高的頻率發射,以便將大部分功率集中在接收天線(另一個天線)上。這項工作是由軍事和電信人員在全國范圍內完成的,目的是獲得“大部分”私有的視線數據和語音通信,因為除非您近距離接觸,否則很難“竊聽”正在傳輸的內容天線並吸收一小束旁瓣能量。
對於其餘所有廣播發射機,它們通常是偶極子,並在至少一個平面內向各個方向散發能量。這樣可以很容易地拾起音樂台,這當然是目的。
您可以輕鬆地收集能量嗎?效果不是很好,因為力量主要是飛向太空,“聽眾”只接收一小部分。
每個聽眾的天線實際上是一個網(即,儘管其形狀很細,但具有真實的“區域”),可以捕獲從該發射機發送來的功率,並且其捕獲量通常為毫微瓦。通常,RF接收器(具有太高的通用性)可以在從天線接收到大約10微伏的電壓下工作,並且在各種天線類型的平均樣本中,該電壓的源阻抗約為50歐姆。
因此,釋放的功率為5 uV平方/ 50 = 5飛瓦。
很顯然,您離發射器越近,可以釋放的功率就越大,但是,如果您感興趣,
如果對可用在地球上任何一點的能量總和進行了數學計算,那麼您會發現很多地方都沒有幾個可以收集到毫瓦的電量。
太陽能和射頻能量收集基本上都是同一形式-電磁波收集。
通過路由器?我讀到一些路由器的功率高達80mW
路由器通常使用四分之一波天線,並且為了收集能量,您還可以使用四分之一波天線。在開始對天線造成奇怪的負載影響之前,您可以近距離接近的實際距離約為λ(1個波長)。這是一個約0.1米的距離,因此,使用弗里斯傳輸方程式轉換為dB:-
損耗(dB)= 32.45 + 20 \ $ log_ {10} \ $(f)+ 20 \ $ log_ {10} \ $(d)
其中f以MHz為單位,d以公里為單位。該方程式告訴您在給定距離和給定載波頻率下可以預期有多少dB的功率損耗。
對於2.45 GHz和0.1米(0.0001 km),損耗為32.45 + 67.6-80 = 20
但是tx和rx天線之間有大約4dB的增益(因為它們是半定向的),因此損耗僅為16 dB。
80 mW的輸入(理論上)變成12.7 mW的輸出。
如果我們將您的問題概括為一點,不僅涵蓋RF能量收集,還涵蓋一般的電磁能量收集,那麼我們將一直這樣做。
太陽本質上是電磁發射器,其功率輸出約為4×10 26 sup>瓦。一個非常大的太陽能發電場的(峰值)輸出為6×10 8 sup>瓦。
從角度來看,如果您有8公斤黃金,並且您去除了單個原子,這與從太陽獲得的能量幾乎相同。
這是287,000美元的黃金,您可以收穫二分之一的萬億分之一一分錢。
如果您帶走了全世界所有的人,那麼您收穫的修指甲價值就是人類。
原因當然是因為太陽的大部分能量輸出甚至都不會撞擊地球。
問題與RF能量收集大體相同。在全球所有發射器發射的所有RF能量中,只有很小的一部分會撞擊您的天線。
相關:我聽說農民只要有長長的鐵絲網,與電力線平行運行,就可以“竊取” 50/60 Hz交流電。不知道這是真的,還是有多少電力可用,但是我猜這是一個很小的數目,但足以使電力公司注意到損失並開始尋找它。在花了錢為計劃購買所有電線之後,您可能會更好地購買太陽能電池板,風能或水力發電站。在這種情況下,沒人會指責您從他們那裡偷東西。
也許您可以嘗試從下雨等中收集重力能量?
有些研究小組正在這樣做: IEEE論文還有很多研究小組,但我對谷歌搜索感到厭倦。我記得有一篇文章\研究小組正在捕獲無線能量來為微控制器供電。 TI的某些MSP430可以以非常低的功率(uAmps)運行 TI MSP430應用說明,並且可以使用非常小的太陽能電池或天線來運行。
問題與物理學和能量轉換的效率有關。以下是從[hemour2014towards]的以下圖表中有關頻率工作的摘要:
簡短的答案是,您必須驅動設備來捕獲能量,並且由於製造的實際情況(例如設備不匹配),您將遭受全盤損失。您可以通過閱讀以下內容找到有關RF能量收集問題的速成課程所需的一切:
@article {hemour2014towards,title = {邁向低功率高效RF和微波能量收集},作者= {Hemour,Simon和Zhao,Yangping和Lorenz,Carlos Henrique Petzl和Houssameddine,Dimitri和Gui,Yongsheng和Hu,Can-Ming和Wu,Ke},journal = {微波理論和技術,IEEE交易} ,volume = {62},number = {4},pages = {965--976},year = {2014},publisher = {IEEE}} @ article {hemour2014radio,title = {用於電磁能量收集的射頻整流器:發展路徑和未來展望},作者= {Hemour,Simon和Wu,Ke},journal = {IEEE會議錄},volume = {102},number = {11},pages = {1667--1691}, year = {2014},publisher = {IEEE}}
我可以為您完成所有推導,但是只要有可用的那兩個文件,就請閱讀。
曾多次問過我類似的問題。看來絕對沒有價值。
以上所有註釋都是正確的。我要補充一點,我們的技術產生的大部分RF輻射要么被地球,牆壁,人體等吸收,要么被太空所吸收。在第一種情況下,它會引起一些物體的輕微加熱。在第二種情況下,它會永遠丟失。
唯一的例外是專門為功率傳輸而設計的RF系統或牢記此功能。但是,它們不能用於廣播或通信。
您可以看到一個明顯的矛盾:廣播假定RF能量自由地流向所有方向。“收集RF能量”假設某些系統收集了所有這些能量,因此最新的信息丟失了用於廣播(或通信,WiFi連接等)。