題:
射頻能量收集
user76920
2015-06-12 13:16:31 UTC
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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?

diagram of RF energy harvesting system

我不認為這是重複的。另一個是關於一個特定的方案(實際上只是一個騙局),而這似乎是關於為什麼您無法捕獲所有可用的RF。也就是說,為什麼我們不能收回我們正在廣播的所有RF並將其用作電源。
您說“所有可用的RF”是指所有頻譜嗎?
@JRE就是這樣!
@Lazar您為此添加了新的賞金,所以到目前為止,您所收到的信息是否有所遺漏?
六 答案:
Andy aka
2015-06-12 14:06:51 UTC
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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。

要考慮的另一件事是,如果我們實際上試圖收穫所有通過一個點的東西-那隻是花哨的,昂貴的盾牌,任何東西都無法通過。如果它們在所有建築物上,可能會成為問題。+1為安迪。
@SeanBoddy如何從我們的家用wifi路由器中收集能量?
@MasterYoda關於以上評論,到什麼時候了?即使您確實收穫了來自路由器的毫瓦,也無法使用它來收發信息。此外,由於它是真實世界,因此總體上您將損失的能量超過了恢復的能力。(電源浪費熱量,變送器浪費熱量,接收器也會浪費)。
@RDrast是的,您是對的,但我想到了一種設備,該設備可以掃描某個頻率範圍並找出最大功率在哪里傳輸(強信號),然後將能量存儲到電池中以備將來使用,而不是立即為設備充電。無論多少毫瓦,在一段時間內,電池都會被充電並可以使用。
@MasterYoda-一個非常強的信號可能是1毫瓦。
即使我們站在路由器旁?我讀到一些路由器的功率高達80mW-http://www.eham.net/ehamforum/smf/index.php?topic=41599.0;wap2
@MasterYoda您可能剛剛收穫到足以阻止手機電池在睡眠模式下耗盡!當然,那您將無法同時使用Wi-Fi。而且您必須與Wi-Fi接入點保持一致,那麼為什麼不將手機插入AP所插入的任何內容呢?
是的,它沒有意義,但是它是一個有點可悲,非常偉大的話題,需要研究並找到一些可利用的解決方案。感謝您的回答。
@MasterYoda-請參閱我為發送和接收天線之間0.1 m處的wifi路由器所做的計算。
@masteryoda,的要點是,如果您從RF傳輸中獲取功率,則傳輸不再存在。通過非常真實的方式,您可以通過拔下變送器的插頭來獲得更多的淨能量。
@SeanBoddy收集RF能量更像是在波的路徑中放置障礙物,從而產生“陰影”。所有天線都有相等的捕獲面積。但是他們不能從比他們的近場或“光錐”之外的區域中汲取能量。通過收穫轉化為有用功率的能量要么是1)輻射到無窮遠,要么是2)碰到吸收它的東西轉化為熱量。這與光的行為相同,只是大小比例不同。如果您不“收穫”燈泡的光,那麼有什麼“照顧”的地方嗎?
您忘了的@nocomprende, 3)實際嘗試與之通信的設備之一消耗了等效功率。如果您和路由器之間的牆僅消耗一半的功率,則您的設備將無法獲得可用的信號,更糟的是,您實際上沒有任何回報。我可以做這個數學。拔下路由器。說真的
@Andyaka我想指出,太陽能不是RF能量收集。射頻和太陽光是電磁波,但是射頻的頻率與可見光的頻率完全不同
@ClaudioAviChami,您絕對正確,我對事實的解釋太過嚴格。更正方式。
我想指出的是,組件本身的各種損耗和寄生效應在這里基本上被忽略了。每個電子元件都是有損耗的,因此將從這些理論最大值中減去。即使是整流二極管也有很大的損耗-這意味著12.7mW的理論最大值可能更接近實際值的一半。
@rdtsc的所有優點都很突出,但“實際上是一半”僅下降了3dB-我認為比這還多,但是對於其他“收回”方案,這些損失也大致相同。
Phil Frost
2016-01-29 23:44:23 UTC
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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。

giant solar farm

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。

如果我(從記憶中)得到正確的數字,那麼太陽每秒就會將4000噸重的物質轉化為光,地球每秒就會攔截2盎司的光子。60克
user56384
2015-06-12 19:01:25 UTC
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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?

不確定此答案是否足夠完整,無法視為正確答案。但是除此之外,我認為竊電更多是由高壓和地產生的電容引起的,不一定是由它們產生的電磁干擾。
他們可以竊取其平行的兩條導線,從而在第二個電磁場中感應電子流。
@JarrodChristman:長導線與另一根長導線平行實際上是一個變壓器,因此它符合OP要求的方案,僅在ELF“無線電”範圍內。如果是電容效應,則可以使用大型金屬板或盒子(例如穀倉)來完成這項工作。我從未聽說過這樣做。在這種情況下,必須有完整的電路...?
您是正確的,在進一步研究之後,歸納法最有意義。
“也許您可以嘗試從雨水等中收集重力能量?”我認為我們稱之為水力發電廠。似乎工作得很好。也許可以在落水管的底部構造一個微型的。可能比這些RF方案中的一種產生更多的功率。
@tcrosley是的,如果您願意等待大自然給您帶來雨,風,無雲的天氣等,那麼微功率就可以工作。這是一個有趣的概念,但射頻能量密度不足,並且沒有可靠的自然資源。當然,最終,宇宙中的所有能量都來自引力和大爆炸。太糟糕了,我們不能按原樣使用重力。
Voltage Spike
2016-01-28 23:14:12 UTC
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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。

b degnan
2016-04-17 01:03:28 UTC
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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: enter image description here

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。

哇,我們實際上可以收穫以毫瓦為單位的功率!
@TimSpriggs Physics是一個苛刻的情婦。:)
Master
2016-04-14 18:07:01 UTC
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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)。



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