¿Por qué la energía invertida en radiación de RF no se puede aprovechar por completo? ¿Cuáles son los principales factores que afectan esto? ¿Existe alguna investigación significativa hoy en día que describa completamente este proceso? Llego a la conclusión: "La energía se mueve de una forma a otra", pero en este caso, ¿por qué no se puede cosechar 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 usa hoy en día como la energía del agua, el viento y otras fuentes de energía?
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Respuestas:
Considere una antena que convierte toda la energía eléctrica de un oscilador de potencia en una transmisión de radio electromagnética. Digamos que 1 vatio se alimenta 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 luz 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 imagine que está a 1 metro de esa bombilla con un panel solar 100% eficiente. Luego imagine que construye varios paneles solares que envuelven la bombilla de manera exacta y total. Conecta los paneles solares en serie y observa cuánta energía puedes extraer. Bueno, para este experimento mental, en realidad puedes extraer el 100% de ese poder.
Luego te paras a 10 metros y haces lo mismo. Obviamente, necesita muchos más paneles solares, pero suponiendo que la luz emitida golpee totalmente los paneles y no haya fugas de luz más allá de esos paneles, recibirá el 100% de energía.
Por lo tanto, se puede hacer, pero con grandes gastos e inconvenientes. Pero no es un gran problema con un rayo láser afilado 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 los paneles solares y las lámparas / láseres están lejos de ser 100% eficientes.
Volviendo a una onda de radio transmitida, podría construir una antena parabólica y transmitir a una frecuencia suficientemente alta para poder concentrar la mayor parte de la potencia en una antena receptora (otra antena). Las personas militares y de telecomunicaciones hacen esto en todo el país para obtener datos de línea de visión y comunicaciones de voz que son "en gran parte" privadas, ya que es difícil "robar" una escucha de lo que se transmite a menos que esté cerca las antenas y levantando un pequeño lóbulo lateral de energía.
Para el resto de los transmisores que transmiten, generalmente son dipolos y distribuyen su energía emitida en todas las direcciones en al menos un plano. Esto permite recoger fácilmente las estaciones de música y, por supuesto, ese es el objetivo.
¿Puedes cosechar fácilmente esa energía? No muy bien porque el poder está volando en gran medida hacia el espacio y solo una fracción es recibida por los "oyentes".
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 potencia enviada desde ese transmisor y la cantidad que captura es generalmente de vatios femto. Normalmente, un receptor de RF (a riesgo de ser demasiado general) puede funcionar con aproximadamente 10 microvoltios recibidos de la antena y, promediando una amplia muestra de tipos de antena, este voltaje tendrá una impedancia de fuente de aproximadamente 50 ohmios.
La potencia liberada es, por lo tanto, de 5 uV al cuadrado / 50 = 5 femto vatios.
Obviamente, cuanto más cerca esté del transmisor, mayor será la potencia que se puede liberar, pero si todo lo que le interesa es obtener energía utilizable, utilice cables.
Si hicieras los cálculos con la suma total de energía que se puede cosechar en cualquier punto de la tierra, no encontrarás muchos lugares donde se puedan obtener más de un par de milivatios.
La energía solar y la recolección de energía de RF son básicamente ambas formas de lo mismo: la recolección de ondas electromagnéticas.
Los enrutadores suelen usar antenas de cuarto de onda y para recolectar energía también puede usar una antena de cuarto de onda. La distancia realista que puede obtener de cerca es sobre lambda (1 longitud de onda) antes de comenzar a causar efectos de carga extraños en la antena. Esta es una distancia de aproximadamente 0.1 metros, entonces, usando la ecuación de transmisión de Friis convertida a dB: -
Donde f está en MHz yd está en kilómetros. Esta ecuación le dice cuántos dB de pérdida de potencia puede esperar a una distancia dada con una frecuencia de 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.
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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 aproximadamente 4 × 10 26 vatios. Una granja solar muy grande tiene una potencia (pico) de 6 × 10 8 vatios.
Para poner esto en perspectiva, si tuviera 8 kilogramos de oro y eliminó un solo átomo , esa es aproximadamente la misma fracción que la energía recibida del sol.
Eso es $ 287,000 de oro, y puedes cosechar la mitad de una billonésima parte de un centavo .
Si tomas a todas las personas en el mundo, cosecharías aproximadamente un valor de humano para recortar las uñas.
La razón, por supuesto, es porque la mayor parte de la producción de energía del sol ni siquiera golpea la Tierra.
El problema es muy similar con la recolección de energía de RF. De toda la energía de RF transmitida por todos los transmisores del mundo, solo una fracción minúscula golpeará su antena.
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Relacionado: escuché que los granjeros con alambradas largas paralelas a las líneas eléctricas podrían "robar" 50/60 Hz AC acoplados. No estoy seguro si esto es cierto o cuánta energía estaría disponible, pero supongo que una pequeña cantidad, pero lo suficiente como para que las compañías eléctricas noten la pérdida y la busquen. 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 podrías intentar recolectar energía de la gravedad de la lluvia que cae, etc.?
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Hay grupos de investigación que hacen esto: IEEE Paper Hay varios más pero estoy cansado de buscar en Google. Recuerdo un artículo \ grupo que estaba capturando energía inalámbrica para alimentar un microcontrolador. Algunos de los MSP430 de TI pueden funcionar con una Nota de aplicación de TI MSP430 de muy baja potencia (uAmps) y utilizar una célula solar muy pequeña o una antena para funcionar.
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El problema tiene que ver con la física y la eficiencia de la conversión de energía. Un resumen del trabajo sobre la frecuencia se encuentra en la siguiente gráfica de [hemour2014towards] a continuación:
La respuesta breve es que tiene que conducir 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 temas de la recolección de energía de RF leyendo:
Podría hacer todas las derivaciones por usted, pero solo lea esos dos documentos, ya que están disponibles.
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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 se va 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 se pueden usar para difusión o comunicaciones.
Puede ver una clara contradicción: la transmisión supone 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 se pierde la última transmisión (o comunicaciones, conexiones WiFi, etc.).
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