Беспроводная передача энергии

Электрическая передача без физического соединения

Индуктивная зарядная площадка для смартфона как пример беспроводной передачи данных в ближнем поле. Когда телефон установлен на площадке, катушка в площадке создает магнитное поле ^[1] , которое индуцирует ток в другой катушке в телефоне, заряжая его аккумулятор.

Общая структурная схема беспроводной энергосистемы

Беспроводная передача энергии ( WPT ; также беспроводная передача энергии или WET ) — это передача электроэнергии без проводов в качестве физической связи. В системе беспроводной передачи энергии электрически питаемое передающее устройство генерирует изменяющееся во времени электромагнитное поле , которое передает энергию через пространство к принимающему устройству; принимающее устройство извлекает энергию из поля и подает ее на электрическую нагрузку . Технология беспроводной передачи энергии может исключить использование проводов и батарей, тем самым повышая мобильность, удобство и безопасность электронного устройства для всех пользователей. ^[2] Беспроводная передача энергии полезна для питания электрических устройств, где соединительные провода неудобны, опасны или невозможны.

Беспроводные методы передачи энергии в основном делятся на две категории: ближнее и дальнее поле . ^[3] В ближнем поле или безызлучательных методах энергия передается на короткие расстояния с помощью магнитных полей с использованием индуктивной связи между катушками провода или с помощью электрических полей с использованием емкостной связи между металлическими электродами . ^{[4] [5] [6] [7]} Индуктивная связь является наиболее широко используемой беспроводной технологией; ее применение включает зарядку портативных устройств, таких как телефоны и электрические зубные щетки , RFID- метки, индукционное приготовление пищи и беспроводную зарядку или непрерывную беспроводную передачу энергии в имплантируемых медицинских устройствах, таких как искусственные кардиостимуляторы или электромобили . В дальнем поле или излучательных методах, также называемых передачей энергии , энергия передается с помощью пучков электромагнитного излучения , таких как микроволны ^[8] или лазерные лучи. Эти методы могут переносить энергию на большие расстояния, но должны быть направлены на приемник. Предлагаемые приложения для этого типа включают солнечные энергетические спутники и беспроводные беспилотные летательные аппараты . ^{[9] [10] [11]}

Беспроводная передача энергии — это общий термин для ряда различных технологий передачи энергии с помощью электромагнитных полей . ^{[12] [13] [14]} Технологии различаются по расстоянию, на которое они могут эффективно передавать энергию, по тому, должен ли передатчик быть направлен на приемник, и по типу электромагнитной энергии, которую они используют: изменяющиеся во времени электрические поля , магнитные поля , радиоволны , микроволны , инфракрасные или видимые световые волны. ^[15]

В общем, беспроводная система питания состоит из устройства «передатчика», подключенного к источнику питания, такому как линия электропередачи , которое преобразует питание в изменяющееся во времени электромагнитное поле, и одного или нескольких устройств «приемника», которые принимают питание и преобразуют его обратно в постоянный или переменный электрический ток, который используется электрической нагрузкой . ^{[12] [15]} В передатчике входная мощность преобразуется в колеблющееся электромагнитное поле с помощью некоторого типа устройства « антенны ». Слово «антенна» здесь используется в широком смысле; это может быть катушка провода, которая генерирует магнитное поле , металлическая пластина, которая генерирует электрическое поле , антенна, которая излучает радиоволны, или лазер , который генерирует свет. Подобная антенна или соединительное устройство в приемнике преобразует колеблющиеся поля в электрический ток. Важным параметром, определяющим тип волн, является частота , которая определяет длину волны.

Беспроводная энергия использует те же поля и волны, что и беспроводные устройства связи, такие как радио , ^{[16] [17]} еще одна знакомая технология, которая включает в себя электрическую энергию, передаваемую без проводов с помощью электромагнитных полей, используемую в мобильных телефонах , радио- и телевещании , а также WiFi . В радиосвязи целью является передача информации, поэтому количество энергии, достигающее приемника, не так важно, пока оно достаточно, чтобы информация могла быть получена внятно. ^{[13] [16] [17]} В беспроводных коммуникационных технологиях только небольшое количество энергии достигает приемника. Напротив, при беспроводной передаче энергии важным является количество полученной энергии, поэтому эффективность (доля переданной энергии, которая получена) является более значимым параметром. ^[13] По этой причине беспроводные технологии энергии, вероятно, будут более ограничены расстоянием, чем беспроводные коммуникационные технологии.

Беспроводная передача энергии может использоваться для питания беспроводных передатчиков или приемников информации. Этот тип связи известен как беспроводная связь с питанием (WPC).Когда собранная энергия используется для питания беспроводных передатчиков информации, сеть называется «Одновременная беспроводная передача информации и энергии» (SWIPT); ^[18] тогда как когда она используется для питания беспроводных приемников информации, она называется «Сеть беспроводной связи с питанием» (WPCN). ^{[19] [20] [21]}

Важной проблемой, связанной со всеми беспроводными энергетическими системами, является ограничение воздействия потенциально вредных электромагнитных полей на людей и другие живые существа . ^{[22] [23]}

История

Развитие и тупики 19 века

В 19 веке появилось много теорий и контртеорий о том, как может передаваться электрическая энергия. В 1826 году Андре-Мари Ампер открыл связь между током и магнитами. Майкл Фарадей в 1831 году своим законом индукции описал электродвижущую силу, движущую ток в проводящем контуре с помощью изменяющегося во времени магнитного потока. Передача электрической энергии без проводов наблюдалась многими изобретателями и экспериментаторами, ^{[24] [25] [26],} но отсутствие последовательной теории смутно приписывало эти явления электромагнитной индукции . ^[27] Краткое объяснение этих явлений пришло из уравнений Максвелла 1860-х годов ^[28] Джеймса Клерка Максвелла , создавшего теорию, которая объединила электричество и магнетизм в электромагнетизм , предсказывая существование электромагнитных волн как «беспроводного» носителя электромагнитной энергии. Около 1884 года Джон Генри Пойнтинг определил вектор Пойнтинга и сформулировал теорему Пойнтинга , которая описывает поток энергии через область электромагнитного излучения и позволяет проводить корректный анализ систем беспроводной передачи энергии. ^{[28] [29]} За этим последовало подтверждение теории Генрихом Рудольфом Герцем в 1888 году, которое включало доказательства существования радиоволн . ^[29]

В тот же период Уильям Генри Уорд (1871) и Мэлон Лумис (1872) предложили две схемы беспроводной передачи сигналов, основанные на ошибочном убеждении, что существует электрифицированный атмосферный слой, доступный на низкой высоте. ^{[30] [31]} В патентах обоих изобретателей отмечалось, что этот слой, связанный с обратным путем с использованием «земных токов», позволит осуществлять беспроводную телеграфию, а также обеспечивать питание телеграфа, избавляя от искусственных батарей, а также может использоваться для освещения, отопления и движущей силы. ^{[32] [33]} Более практическая демонстрация беспроводной передачи посредством проводимости появилась в магнитоэлектрическом телефоне Амоса Долбира 1879 года, который использовал проводимость земли для передачи на расстояние в четверть мили. ^[34]

Никола Тесла

Тесла демонстрирует беспроводную передачу с помощью «электростатической индукции» во время лекции 1891 года в Колумбийском колледже . Два металлических листа подключены к генератору катушки Теслы , который подает высоковольтный радиочастотный переменный ток. Колеблющееся электрическое поле между листами ионизирует газ низкого давления в двух длинных трубках Гейсслера в его руках, заставляя их светиться подобно неоновым трубкам .

После 1890 года изобретатель Никола Тесла экспериментировал с передачей энергии посредством индуктивной и емкостной связи, используя возбуждаемые искрой радиочастотные резонансные трансформаторы , теперь называемые катушками Теслы , которые генерировали высокое переменное напряжение. ^{[28] [35] [36]} Вначале он пытался разработать беспроводную систему освещения, основанную на индуктивной и емкостной связи ближнего поля ^[35] и провел серию публичных демонстраций, где он зажигал трубки Гейсслера и даже лампы накаливания через сцену. ^{[35] [36] [37]} Он обнаружил, что может увеличить расстояние, на котором он может зажигать лампу, используя приемный LC-контур, настроенный на резонанс с LC-контуром передатчика. ^[38] с использованием резонансной индуктивной связи . ^{[35] [39]} Тесла не смог создать коммерческий продукт из своих открытий ^[40], но его метод резонансной индуктивной связи теперь широко используется в электронике и в настоящее время применяется в беспроводных энергетических системах ближнего действия. ^{[35] [41]}

(слева) Эксперимент Теслы по резонансной индуктивной передаче в Колорадо-Спрингс, 1899 год. Катушка находится в резонансе с усиливающим передатчиком Теслы, расположенным поблизости, питая лампочку внизу. (справа) Неудачная электростанция Теслы в Уорденклифе.

Тесла продолжил разрабатывать беспроводную систему распределения энергии, которая, как он надеялся, будет способна передавать энергию на большие расстояния непосредственно в дома и на фабрики. Вначале он, казалось, заимствовал идеи у Мэлона Лумиса, ^{[42] [43]} предложившего систему, состоящую из воздушных шаров, для подвешивания передающих и принимающих электродов в воздухе на высоте более 30 000 футов (9 100 м), где, как он думал, давление позволит ему посылать высокие напряжения (миллионы вольт) на большие расстояния. Для дальнейшего изучения проводящей природы воздуха низкого давления он создал испытательный стенд на большой высоте в Колорадо-Спрингс в 1899 году. ^{[44] [45] [46]} Эксперименты, которые он проводил там с большой катушкой, работающей в диапазоне мегавольт, а также наблюдения, которые он делал за электронным шумом ударов молнии, привели его к неверному выводу ^{[47] [34]} , что он мог бы использовать весь земной шар для проведения электрической энергии. Теория включала в себя подачу импульсов переменного тока в Землю на ее резонансной частоте от заземленной катушки Теслы, работающей против повышенной емкости, чтобы заставить потенциал Земли колебаться. Тесла думал, что это позволит принимать переменный ток с помощью аналогичной емкостной антенны, настроенной на резонанс с ней в любой точке Земли с очень небольшой потерей мощности. ^{[48] [49] [50]} Его наблюдения также привели его к мысли, что высокое напряжение, используемое в катушке на высоте нескольких сотен футов, «разрушит воздушный слой», устраняя необходимость в милях кабеля, висящих на воздушных шарах, для создания его атмосферного обратного контура. ^{[51] [52]} В следующем году Тесла предложил « Всемирную беспроводную систему », которая должна была передавать как информацию, так и электроэнергию по всему миру. ^{[53] [54]} В 1901 году в Шорхэме, штат Нью-Йорк, он попытался построить большую высоковольтную беспроводную электростанцию, теперь называемую башней Уорденклифф , но к 1904 году инвестиции иссякли, и объект так и не был достроен.

Послевоенные события

До Второй мировой войны в беспроводной передаче энергии был достигнут небольшой прогресс. ^[55] Радио было разработано для целей связи, но не могло использоваться для передачи энергии, поскольку относительно низкочастотные радиоволны распространялись во всех направлениях, и мало энергии достигало приемника. ^{[28] [55]} В радиосвязи, на приемнике, усилитель усиливает слабый сигнал, используя энергию из другого источника. Для передачи энергии эффективная передача требовала передатчиков , которые могли бы генерировать более высокочастотные микроволны , которые можно было бы сфокусировать в узких лучах по направлению к приемнику. ^{[28] [55] [56]}

Развитие микроволновой технологии во время Второй мировой войны, такой как клистронные и магнетронные трубки и параболические антенны , ^[55] впервые сделало радиационные ( дальнепольные ) методы практическими, а первая беспроводная передача энергии на большие расстояния была осуществлена ​​в 1960-х годах Уильямом К. Брауном . ^[28] В 1964 году Браун изобрел ректенну , которая могла эффективно преобразовывать микроволны в постоянный ток, и в 1964 году продемонстрировал ее с первым беспроводным самолетом, моделью вертолета, работающим на микроволнах, излучаемых с земли. ^[55]

Регионы поля

Электрические и магнитные поля создаются заряженными частицами в веществе, такими как электроны . Стационарный заряд создает электростатическое поле в пространстве вокруг себя. Постоянный ток зарядов ( постоянный ток , DC) создает статическое магнитное поле вокруг себя. Эти поля содержат энергию , но не могут переносить мощность, потому что они статичны. Однако изменяющиеся во времени поля могут переносить мощность. ^[61] Ускоряющиеся электрические заряды, такие как находящиеся в переменном токе (AC) электронов в проводе, создают изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля в пространстве вокруг себя. Эти поля могут оказывать колебательные силы на электроны в приемной «антенне», заставляя их двигаться вперед и назад. Они представляют собой переменный ток, который можно использовать для питания нагрузки.

Колеблющиеся электрические и магнитные поля, окружающие движущиеся электрические заряды в антенном устройстве, можно разделить на две области в зависимости от расстояния D от антенны. ^{[12] [15] [16] [57] [62] [63] [64]} _{Граница} между областями определена довольно расплывчато. ^[15] Поля в этих областях имеют разные характеристики, и для передачи энергии используются разные технологии:

• Ближняя зона или неизлучающая область: это область в пределах примерно 1 длины волны ( λ ) от антенны. ^{[12] [62] [63]} В этой области колеблющиеся электрические и магнитные поля разделены ^[16] , и мощность может передаваться через электрические поля посредством емкостной связи ( электростатической индукции ) между металлическими электродами, ^{[4] [5] [6] [7]} или через магнитные поля посредством индуктивной связи ( электромагнитной индукции ) между катушками провода. ^{[13] [15] [16] [57]} Эти поля не являются излучающими , ^[63] что означает, что энергия остается на небольшом расстоянии от передатчика. ^[65] Если в их ограниченном диапазоне нет приемного устройства или поглощающего материала для «соединения», никакая мощность не покидает передатчик. ^[65] Диапазон этих полей мал и зависит от размера и формы устройств «антенны», которые обычно представляют собой катушки провода. Поля и, следовательно, передаваемая мощность уменьшаются экспоненциально с расстоянием, ^{[62] [64] [66]} поэтому, если расстояние между двумя «антеннами» D _range намного больше диаметра «антенн» D _ant, будет получено очень мало мощности. Поэтому эти методы не могут использоваться для передачи энергии на большие расстояния. Резонанс , такой как резонансная индуктивная связь , может значительно увеличить связь между антеннами, обеспечивая эффективную передачу на несколько больших расстояниях, ^{[12] [16] [57] [62] [67] [68]} хотя поля все еще уменьшаются экспоненциально. Поэтому диапазон устройств ближнего поля условно делится на две категории:
  • Короткий диапазон : примерно до одного диаметра антенны: D _{диапазон} ≤ D _ант . ^{[65] [67] [69]} Это диапазон, в котором обычная нерезонансная емкостная или индуктивная связь может передавать практические количества энергии.
  • Средний диапазон : до 10 диаметров антенны: _{диапазон} D ≤ 10 D _ant . ^{[67] [68] [69] [70]} Это диапазон, в котором резонансная емкостная или индуктивная связь может передавать практические объемы мощности.
• Дальняя зона или излучающая область: За пределами примерно 1 длины волны ( λ ) антенны электрические и магнитные поля перпендикулярны друг другу и распространяются как электромагнитная волна ; примерами являются радиоволны , микроволны или световые волны . ^{[12] [57] [62]} Эта часть энергии является излучательной , ^[63] что означает, что она покидает антенну независимо от того, есть ли приемник, который ее поглощает. Часть энергии, которая не попадает на приемную антенну, рассеивается и теряется в системе. Количество мощности, излучаемой антенной в виде электромагнитных волн, зависит от отношения размера антенны D _ant к длине волны λ , ^[71] которая определяется частотой: λ = c/f . На низких частотах f , где антенна намного меньше размера волн, D _ant << λ , излучается очень мало мощности. Поэтому устройства ближнего поля, которые используют более низкие частоты, почти не излучают свою энергию в виде электромагнитного излучения. Антенны примерно того же размера, что и длина волны D _ant ≈ λ , такие как монопольные или дипольные антенны , эффективно излучают мощность, но электромагнитные волны излучаются во всех направлениях ( всенаправленно ), поэтому, если принимающая антенна находится далеко, на нее попадет только небольшое количество излучения. ^{[63] [67]} Поэтому их можно использовать для неэффективной передачи энергии на короткие расстояния, но не для передачи на большие расстояния. ^[72] Однако, в отличие от полей, электромагнитное излучение можно сфокусировать путем отражения или преломления в лучи. Используя антенну с высоким коэффициентом усиления или оптическую систему , которая концентрирует излучение в узкий луч, направленный на приемник, ее можно использовать для передачи энергии на большие расстояния. ^{[67] [72]} Из критерия Рэлея следует, что для создания узких лучей, необходимых для фокусировки значительного количества энергии на удаленном приемнике, антенна должна быть намного больше длины волны используемых волн: D _ant >> λ = c/f . ^[73] Практическая мощность лучаУстройствам требуются длины волн в сантиметровом диапазоне или ниже, соответствующие частотам выше 1 ГГц, в микроволновом диапазоне или выше. ^[12]

Методы ближнего поля (безызлучательные)

На большом относительном расстоянии компоненты ближнего поля электрических и магнитных полей представляют собой приблизительно квазистатические осциллирующие дипольные поля. Эти поля уменьшаются с кубом расстояния: ( D _range / D _ant ) ^{−3 [64] [74]} Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряженности поля, передаваемая мощность уменьшается как ( D _range / D _ant ) ⁻⁶ . ^{[16] [66] [75] [76]} или 60 дБ на декаду. Другими словами, если они находятся далеко друг от друга, то десятикратное увеличение расстояния между двумя антеннами приводит к уменьшению принимаемой мощности в 10 ⁶ = 1000000 раз. В результате индуктивная и емкостная связь может использоваться только для передачи мощности на короткие расстояния, в пределах нескольких диаметров антенного устройства D _ant . В отличие от излучающей системы, где максимальное излучение происходит, когда дипольные антенны ориентированы поперечно направлению распространения, в дипольных полях максимальная связь происходит, когда диполи ориентированы продольно.

Индуктивная связь

Слева: современная индуктивная передача энергии, зарядное устройство для электрической зубной щетки. Катушка в подставке создает магнитное поле, индуцирующее переменный ток в катушке зубной щетки, который выпрямляется для зарядки батареек. Справа: лампочка, работающая без проводов с помощью индукции, 1910 г.

При индуктивной связи ( электромагнитной индукции ^{[57] [77]} или индуктивной передаче мощности , IPT) мощность передается между катушками провода с помощью магнитного поля . ^[16] Передающая и приемная катушки вместе образуют трансформатор . ^{[16] [57]} Переменный ток (AC) через передающую катушку (L1) создает колеблющееся магнитное поле (B) по закону Ампера . Магнитное поле проходит через приемную катушку (L2) , где оно индуцирует переменную ЭДС ( напряжение ) по закону индукции Фарадея , которая создает переменный ток в приемнике. ^{[13] [77]} Индуцированный переменный ток может либо напрямую питать нагрузку, либо выпрямляться в постоянный ток (DC) выпрямителем в приемнике, который питает нагрузку. Некоторые системы, такие как подставки для зарядки электрических зубных щеток, работают на частоте 50/60 Гц, поэтому переменный ток сети подается непосредственно на катушку передатчика, но в большинстве систем электронный генератор генерирует переменный ток более высокой частоты, который приводит в действие катушку, поскольку эффективность передачи улучшается с частотой . ^[77]

Индуктивная связь — старейшая и наиболее широко используемая технология беспроводной энергии, и фактически единственная на сегодняшний день, которая используется в коммерческих продуктах. Она используется в индуктивных зарядных стойках для беспроводных приборов, используемых во влажной среде, таких как электрические зубные щетки ^[57] и бритвы, для снижения риска поражения электрическим током. ^[78] Другая область применения — «транскутанная» подзарядка биомедицинских протезных устройств, имплантированных в тело человека, таких как кардиостимуляторы , чтобы избежать прохождения проводов через кожу. ^{[79] [80]} Она также используется для зарядки электромобилей, таких как автомобили, а также для зарядки или питания транзитных транспортных средств, таких как автобусы и поезда. ^[57]

Однако наиболее быстрорастущим применением являются беспроводные зарядные площадки для подзарядки мобильных и портативных беспроводных устройств, таких как ноутбуки и планшетные компьютеры , компьютерные мыши , сотовые телефоны , цифровые медиаплееры и контроллеры видеоигр . ^{[ необходима ссылка ]} В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) предоставила свою первую сертификацию для беспроводной системы зарядки в декабре 2017 года. ^[81]

Передаваемая мощность увеличивается с частотой ^[77] и взаимной индуктивностью между катушками, ^[13] которая зависит от их геометрии и расстояния между ними. Широко используемым показателем качества является коэффициент связи . ^{[77] [82]} Этот безразмерный параметр равен доле магнитного потока через передающую катушку , которая проходит через приемную катушку , когда L2 разомкнута. Если две катушки находятся на одной оси и близко друг к другу, то весь магнитный поток от проходит через , и эффективность связи приближается к 100%. Чем больше разделение между катушками, тем больше магнитного поля от первой катушки пропускает вторую, и тем ниже и эффективность связи, приближаясь к нулю при больших разделениях. ^[77] Эффективность связи и передаваемая мощность примерно пропорциональны . ^[77] Для достижения высокой эффективности катушки должны быть очень близко друг к другу, доля диаметра катушки , ^[77] обычно в пределах сантиметров, ^[72] с выровненными осями катушек. Обычно используются широкие, плоские формы катушек для увеличения связи. ^[77] Ферритовые сердечники «ограничения потока» могут ограничивать магнитные поля, улучшая связь и уменьшая помехи для близлежащих электронных устройств, ^{[77] [79]} но они тяжелые и громоздкие, поэтому в небольших беспроводных устройствах часто используются катушки с воздушным сердечником. ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle D_{\text{range}}}$ ${\displaystyle k\;=\;M/{\sqrt {L_{1}L_{2}}}}$ ${\displaystyle L1}$ ${\displaystyle L2}$ ${\displaystyle L1}$ ${\displaystyle L2}$ ${\displaystyle k=1}$ ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle k^{2}}$ ${\displaystyle D_{\text{ant}}}$

Обычная индуктивная связь может достичь высокой эффективности только тогда, когда катушки расположены очень близко друг к другу, обычно рядом. В большинстве современных индуктивных систем используется резонансная индуктивная связь , в которой эффективность увеличивается за счет использования резонансных цепей . ^{[63] [68] [77] [28]} Это может достичь высокой эффективности на больших расстояниях, чем нерезонансная индуктивная связь.

Резонансная индуктивная связь

Общая структурная схема индуктивной беспроводной системы питания

Резонансная индуктивная связь ( электродинамическая связь , ^[57] сильно связанный магнитный резонанс ^[67] ) — это форма индуктивной связи, в которой мощность передается магнитными полями (B, зеленый) между двумя резонансными контурами (настроенными контурами), одним в передатчике и одним в приемнике. ^{[16] [57] [63] [78] [28]} Каждый резонансный контур состоит из катушки провода, подключенной к конденсатору , или саморезонансной катушки или другого резонатора с внутренней емкостью. Они настроены на резонанс на одной и той же резонансной частоте . Резонанс между катушками может значительно увеличить связь и передачу мощности, аналогично тому, как вибрирующий камертон может вызывать симпатические колебания в удаленной вилке, настроенной на ту же высоту тона.

Никола Тесла впервые обнаружил резонансную связь во время своих пионерских экспериментов по беспроводной передаче энергии на рубеже 20-го века, ^{[38] [35] [39],} но возможности использования резонансной связи для увеличения дальности передачи были исследованы лишь недавно. ^[83] В 2007 году группа под руководством Марина Солячича из Массачусетского технологического института использовала две связанные настроенные цепи, каждая из которых состояла из 25-сантиметровой саморезонансной катушки провода на частоте 10 МГц, для достижения передачи 60 Вт мощности на расстояние 2 метра (6,6 фута) (в 8 раз больше диаметра катушки) с эффективностью около 40%. ^{[57] [67] [78] [35] [84]}

Концепция резонансных индуктивных систем связи заключается в том, что резонаторы с высоким коэффициентом добротности обмениваются энергией с гораздо большей скоростью, чем теряют энергию из-за внутреннего затухания . ^[67] Следовательно, используя резонанс, то же количество энергии может передаваться на большие расстояния, используя гораздо более слабые магнитные поля в периферийных областях («хвосты») ближних полей. ^[67] Резонансная индуктивная связь может достигать высокой эффективности на расстояниях от 4 до 10 диаметров катушки ( D _ant ). ^{[68] [69] [70]} Это называется передачей «среднего диапазона», ^[69] в отличие от «короткого диапазона» нерезонансной индуктивной передачи, которая может достигать аналогичной эффективности только тогда, когда катушки расположены рядом. Другое преимущество заключается в том, что резонансные контуры взаимодействуют друг с другом гораздо сильнее, чем с нерезонансными объектами, что потери мощности из-за поглощения в случайных близлежащих объектах незначительны. ^{[63] [67]}

Недостатком теории резонансной связи является то, что на близких расстояниях, когда два резонансных контура тесно связаны, резонансная частота системы больше не постоянна, а «расщепляется» на два резонансных пика, ^{[85] [86] [87],} поэтому максимальная передача мощности больше не происходит на исходной резонансной частоте, и частота генератора должна быть настроена на новый резонансный пик. ^{[68] [88]}

Резонансная технология в настоящее время широко внедряется в современные индуктивные беспроводные системы питания. ^[77] Одной из возможностей, предполагаемых для этой технологии, является беспроводное покрытие области питания. Катушка на стене или потолке комнаты может быть способна беспроводным образом питать светильники и мобильные устройства в любой точке комнаты с разумной эффективностью. ^[78] Экологическое и экономическое преимущество беспроводного питания небольших устройств, таких как часы, радиоприемники, музыкальные плееры и пульты дистанционного управления, заключается в том, что это может радикально сократить 6 миллиардов батареек, утилизируемых каждый год, что является большим источником токсичных отходов и загрязнения грунтовых вод. ^[72]

Исследование, проведенное для шведских военных, показало, что системы на частоте 85 кГц для динамической беспроводной передачи энергии для транспортных средств могут вызывать электромагнитные помехи в радиусе до 300 километров. ^[89]

Емкостная связь

Емкостная связь, также называемая электрической связью, использует электрические поля для передачи энергии между двумя электродами ( анодом и катодом ), образуя емкость для передачи энергии. ^[90] В емкостной связи ( электростатическая индукция ), сопряженной с индуктивной связью , энергия передается электрическими полями ^{[4] [13] [5] [7]} между электродами ^[6], такими как металлические пластины. Электроды передатчика и приемника образуют конденсатор , а промежуточное пространство служит диэлектриком . ^{[6] [13] [16] [57] [79] [91]} Переменное напряжение, генерируемое передатчиком, подается на передающую пластину, а колеблющееся электрическое поле индуцирует переменный потенциал на приемной пластине посредством электростатической индукции , ^{[13] [91],} что вызывает протекание переменного тока в цепи нагрузки. Количество передаваемой мощности увеличивается с частотой ^[91], квадратом напряжения и емкостью между пластинами, которая пропорциональна площади меньшей пластины и (для коротких расстояний) обратно пропорциональна разделению. ^[13]

Емкостные беспроводные системы питания

Емкостная связь использовалась на практике только в нескольких маломощных приложениях, поскольку очень высокие напряжения на электродах, необходимые для передачи значительной мощности, могут быть опасными, ^{[16] [57]} и могут вызывать неприятные побочные эффекты, такие как образование вредного озона . Кроме того, в отличие от магнитных полей, ^[67] электрические поля сильно взаимодействуют с большинством материалов, включая человеческое тело, из-за диэлектрической поляризации . ^[79] Промежуточные материалы между электродами или около них могут поглощать энергию, в случае людей, возможно, вызывая чрезмерное воздействие электромагнитного поля. ^[16] Однако емкостная связь имеет несколько преимуществ по сравнению с индуктивной связью. Поле в значительной степени ограничено между пластинами конденсатора, что снижает помехи, которые в индуктивной связи требуют тяжелых ферритовых сердечников «удержания потока». ^{[13] [79]} Кроме того, требования к выравниванию между передатчиком и приемником менее критичны. ^{[13] [16] [91]} Емкостная связь недавно была применена для зарядки портативных устройств с питанием от аккумуляторов ^[4], а также для зарядки или непрерывной беспроводной передачи энергии в биомедицинских имплантатах ^{[5] [6] [7]} и рассматривается как средство передачи энергии между слоями подложки в интегральных схемах. ^[92]

Использовались два типа схем:

• Поперечная (биполярная) конструкция: ^{[5] [7] [93] [94]} В этом типе схемы есть две передающие пластины и две принимающие пластины. Каждая передающая пластина соединена с принимающей пластиной. Генератор передатчика приводит в действие передающие пластины в противофазе (разность фаз 180°) высоким переменным напряжением, а нагрузка подключена между двумя принимающими пластинами. Переменные электрические поля индуцируют противоположные фазовые переменные потенциалы в принимающих пластинах, и это «тяни-толкай» действие заставляет ток течь вперед и назад между пластинами через нагрузку. Недостатком этой конфигурации для беспроводной зарядки является то, что две пластины в принимающем устройстве должны быть выровнены лицом к лицу с зарядными пластинами, чтобы устройство работало. ^[14]
• Продольная (униполярная) конструкция: ^{[13] [91] [94]} В этом типе схемы передатчик и приемник имеют только один активный электрод, а либо земля , либо большой пассивный электрод служат обратным путем для тока. Генератор передатчика подключен между активным и пассивным электродом. Нагрузка также подключена между активным и пассивным электродом. Электрическое поле, создаваемое передатчиком, вызывает переменное смещение заряда в диполе нагрузки посредством электростатической индукции . ^[95]

Резонанс также может использоваться с емкостной связью для расширения диапазона. На рубеже 20-го века Никола Тесла провел первые эксперименты как с резонансной индуктивной, так и с емкостной связью.

Электродинамическая беспроводная передача энергии

Электродинамическая система беспроводной передачи энергии (EWPT) использует приемник с механически резонирующим или вращающимся постоянным магнитом. ^{[96] [97]} При воздействии переменного во времени магнитного поля механическое движение резонирующего магнита преобразуется в электричество с помощью одной или нескольких схем электромеханической трансдукции (например, электромагнитной/индукционной , пьезоэлектрической или емкостной ). ^{[98] [99]} В отличие от систем индуктивной связи, которые обычно используют высокочастотные магнитные поля, EWPT использует низкочастотные магнитные поля (<1 кГц), ^{[100] [101] [102]} которые безопасно проходят через проводящие среды и имеют более высокие пределы воздействия поля на человека (~2 мТср при 1 кГц), ^{[103] [104]} показывая перспективность для потенциального использования в беспроводной подзарядке биомедицинских имплантатов . Для устройств EWPT, имеющих идентичные резонансные частоты, величина передачи энергии полностью зависит от критического коэффициента связи, обозначаемого , между устройствами передатчика и приемника. Для связанных резонаторов с одинаковыми резонансными частотами беспроводная передача энергии между передатчиком и приемником распределяется по трем режимам — недосвязанный, критически связанный и чрезмерно связанный. По мере того, как критический коэффициент связи увеличивается от недосвязанного режима ( ) до критического связанного режима, оптимальная кривая усиления напряжения растет по величине (измеренной на приемнике) и достигает пика, когда , а затем входит в чрезмерно связанный режим, где и пик разделяется на два. ^[105] Демонстрируется, что этот критический коэффициент связи является функцией расстояния между источником и приемными устройствами. ^{[106] [107]} ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle k<k_{crit}}$ ${\displaystyle k=k_{crit}}$ ${\displaystyle k>k_{crit}}$

Магнитодинамическая связь

В этом методе мощность передается между двумя вращающимися якорями , одним в передатчике и одним в приемнике, которые вращаются синхронно, соединенные вместе магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами на якорях. ^[58] Якорь передатчика вращается либо ротором электродвигателя, либо как ротор электродвигателя , и его магнитное поле оказывает крутящий момент на якорь приемника, поворачивая его. Магнитное поле действует как механическая связь между якорями. ^[58] Якорь приемника вырабатывает мощность для приведения в действие нагрузки, либо путем вращения отдельного электрогенератора , либо путем использования самого якоря приемника в качестве ротора в генераторе.

Это устройство было предложено в качестве альтернативы индуктивной передаче энергии для бесконтактной зарядки электромобилей . ^[58] Вращающийся якорь, встроенный в пол гаража или бордюр, будет поворачивать приемный якорь в нижней части автомобиля для зарядки его батарей. ^[58] Утверждается, что эта технология может передавать энергию на расстояния от 10 до 15 см (от 4 до 6 дюймов) с высокой эффективностью, более 90%. ^{[58] [108]} Кроме того, низкочастотные рассеянные магнитные поля, создаваемые вращающимися магнитами, создают меньше электромагнитных помех для близлежащих электронных устройств, чем высокочастотные магнитные поля, создаваемые системами индуктивной связи. Прототип системы зарядки электромобилей работает в Университете Британской Колумбии с 2012 года. Другие исследователи, однако, утверждают, что два преобразования энергии (электрической в ​​механическую и снова в электрическую) делают систему менее эффективной, чем электрические системы, такие как индуктивная связь. ^[58]

Передача волн Ценнека

Новый тип системы, использующей волны типа Ценнека, был продемонстрирован Оругани и др., где они продемонстрировали, что можно возбуждать волны типа Ценнека на плоских границах раздела металл-воздух и передавать мощность через металлические препятствия. ^{[109] [110] [111]} Здесь идея заключается в возбуждении локализованных колебаний заряда на границе раздела металл-воздух, полученные моды распространяются вдоль границы раздела металл-воздух. ^[109]

Методы дальнего поля (радиационные)

Методы дальнего поля достигают больших расстояний, часто в несколько километров, где расстояние намного больше диаметра устройства(ов). Антенны с высокой направленностью или хорошо коллимированный лазерный свет создают луч энергии, который можно настроить так, чтобы он соответствовал форме области приема. Максимальная направленность антенн физически ограничена дифракцией .

В целом, видимый свет (от лазеров) и микроволны (от специально разработанных антенн) являются формами электромагнитного излучения, наиболее подходящими для передачи энергии.

Размеры компонентов могут быть продиктованы расстоянием от передатчика до приемника , длиной волны и критерием Рэлея или дифракционным пределом, используемым в стандартной конструкции радиочастотной антенны , что также применимо к лазерам. Дифракционный предел Эйри также часто используется для определения приблизительного размера пятна на произвольном расстоянии от апертуры . Электромагнитное излучение испытывает меньшую дифракцию на более коротких длинах волн (более высоких частотах); так, например, синий лазер дифрагирует меньше, чем красный.

Предел Рэлея (также известный как дифракционный предел Аббе ), хотя изначально он применялся к разрешению изображения, может быть рассмотрен и в обратном порядке и гласит, что облученность (или интенсивность ) любой электромагнитной волны (например, микроволнового или лазерного луча) будет уменьшаться по мере того, как луч расходится на расстоянии с минимальной скоростью, обратно пропорциональной размеру апертуры. Чем больше отношение апертуры передающей антенны или выходной апертуры лазера к длине волны излучения, тем больше излучение может быть сконцентрировано в компактном луче .

Излучение микроволновой энергии может быть более эффективным ^{[ требуется разъяснение ],} чем лазеры, и менее подвержено атмосферному затуханию, вызванному пылью или аэрозолями, такими как туман.

Здесь уровни мощности рассчитываются путем объединения параметров и добавления усилений и потерь из -за характеристик антенны, а также прозрачности и дисперсии среды, через которую проходит излучение. Этот процесс известен как расчет бюджета связи .

Микроволновые печи

Художественное изображение солнечного спутника , который мог бы посылать энергию с помощью микроволн на космический корабль или на поверхность планеты.

Передача энергии посредством радиоволн может быть сделана более направленной, что позволяет осуществлять передачу энергии на большие расстояния с более короткими длинами волн электромагнитного излучения, как правило, в микроволновом диапазоне. ^[112] Ректенна может использоваться для преобразования микроволновой энергии обратно в электричество. Была достигнута эффективность преобразования ректенны, превышающая 95%. ^{[ необходима цитата ]} Было предложено использовать излучение энергии с помощью микроволн для передачи энергии с орбитальных спутников солнечной энергии на Землю, а также рассматривалась передача энергии на космический корабль, покидающий орбиту. ^{[113] [114]}

Излучение энергии микроволнами имеет ту сложность, что для большинства космических приложений требуемые размеры апертуры очень велики из-за дифракции, ограничивающей направленность антенны. Например, исследование NASA 1978 года спутников солнечной энергии потребовало передающей антенны диаметром 1 километр (0,62 мили) и приемной ректенны диаметром 10 километров (6,2 мили) для микроволнового луча на частоте 2,45 ГГц . ^[115] Эти размеры можно несколько уменьшить, используя более короткие длины волн, хотя короткие длины волн могут иметь трудности с атмосферным поглощением и блокировкой луча дождем или каплями воды. Из-за « проклятия истонченной решетки » невозможно сделать более узкий луч, объединив лучи нескольких меньших спутников.

Для наземных приложений большая площадь приемной решетки диаметром 10 км позволяет использовать большие общие уровни мощности при работе с низкой плотностью мощности, рекомендуемой для безопасности электромагнитного воздействия на человека. Безопасная для человека плотность мощности 1 мВт/см ^{2 ,} распределенная по площади диаметром 10 км, соответствует общему уровню мощности 750 мегаватт. Это уровень мощности, который можно найти на многих современных электростанциях. Для сравнения, солнечная фотоэлектрическая ферма аналогичного размера может легко превысить 10 000 мегаватт (округленно) в лучших условиях в дневное время.

После Второй мировой войны, в ходе которой были разработаны мощные микроволновые излучатели, известные как резонаторные магнетроны , была исследована идея использования микроволн для передачи энергии. К 1964 году был продемонстрирован миниатюрный вертолет, приводимый в движение микроволновой энергией. ^[116]

Японский исследователь Хидэцугу Яги также исследовал беспроводную передачу энергии с использованием направленной антенной решетки, которую он спроектировал. В феврале 1926 года Яги и его коллега Синтаро Уда опубликовали свою первую статью о настроенной направленной решетке с высоким коэффициентом усиления, теперь известной как антенна Яги . Хотя она не оказалась особенно полезной для передачи энергии, эта лучевая антенна получила широкое распространение в вещательной и беспроводной телекоммуникационной отраслях благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам. ^[117]

Беспроводная передача большой мощности с использованием микроволн хорошо зарекомендовала себя. Эксперименты в десятки киловатт проводились в комплексе дальней космической связи Голдстоун в Калифорнии в 1975 году ^{[118] [119] [55]} и совсем недавно (1997) в Гранд-Бассене на острове Реюньон . ^[120] Эти методы позволяют достигать расстояний порядка километра.

В экспериментальных условиях эффективность преобразования микроволн составила около 54% ​​на расстоянии одного метра. ^[121]

Было предложено изменить частоту на 24 ГГц, поскольку были созданы микроволновые излучатели, подобные светодиодам, с очень высокой квантовой эффективностью, использующие отрицательное сопротивление , т. е. диоды Ганна или IMPATT, и это было бы целесообразно для линий связи на короткие расстояния.

В 2013 году изобретатель Хатем Зейн продемонстрировал, как беспроводная передача энергии с использованием фазированных антенных решеток может передавать электроэнергию на расстояние до 30 футов. Она использует те же радиочастоты, что и WiFi. ^{[122] [123]}

В 2015 году исследователи из Вашингтонского университета представили питание по Wi-Fi, которое обеспечивает подзарядку аккумуляторов и питание камер без батареек и датчиков температуры с помощью передачи данных с маршрутизаторов Wi-Fi. ^{[124] [125]} Было показано, что сигналы Wi-Fi обеспечивают питание датчиков температуры и камер без батареек на расстоянии до 20 футов. Также было показано, что Wi-Fi можно использовать для беспроводной подзарядки никель-металл-гидридных и литий-ионных плоских аккумуляторов на расстоянии до 28 футов.

В 2017 году Федеральная комиссия по связи (FCC) сертифицировала первый среднечастотный (RF) передатчик беспроводной мощности. ^[126] В 2021 году FCC выдала лицензию на беспроводную систему зарядки по воздуху (OTA), которая объединяет методы ближнего и дальнего поля, используя частоту около 900 МГц. Благодаря излучаемой мощности около 1 Вт эта система предназначена для небольших устройств IoT в качестве различных датчиков, трекеров, детекторов и мониторов. ^[127]

Лазеры

Лазерный луч, направленный на панель фотоэлектрических элементов, обеспечивает легкую модель самолета энергией, достаточной для полета.

В случае электромагнитного излучения ближе к видимому диапазону спектра (0,2–2 микрометра ), мощность может передаваться путем преобразования электричества в лазерный луч, который принимается и концентрируется на фотоэлектрических элементах (солнечных элементах). ^{[128] [129]} Этот механизм обычно известен как «излучение мощности», поскольку мощность направляется на приемник, который может преобразовать ее в электрическую энергию. На приемнике применяются специальные фотоэлектрические лазерные преобразователи мощности, оптимизированные для преобразования монохроматического света. ^[130]

Преимущества по сравнению с другими беспроводными методами: ^[131]

• Коллимированное монохроматическое распространение волнового фронта позволяет использовать узкую площадь поперечного сечения пучка для передачи на большие расстояния. В результате мощность практически не уменьшается при увеличении расстояния от передатчика до приемника.
• Компактный размер: твердотельные лазеры подходят для небольших изделий.
• Отсутствие радиочастотных помех для существующих радиокоммуникаций, таких как Wi-Fi и мобильные телефоны.
• Контроль доступа: питание получают только те приемники, на которые воздействует лазер.

К недостаткам можно отнести:

• Лазерное излучение опасно. Без надлежащего механизма безопасности низкие уровни мощности могут ослепить людей и других животных. Высокие уровни мощности могут убить из-за локального точечного нагрева.
• Преобразование между электричеством и светом ограничено. Фотоэлектрические элементы достигают максимальной эффективности 40%–50%. ^[132]
• Поглощение в атмосфере, а также поглощение и рассеяние облаками, туманом, дождем и т. д. приводит к потерям до 100%.
• Требуется прямая видимость цели. (Вместо того, чтобы направлять лазерный луч непосредственно на приемник, его можно направлять по оптоволокну. Тогда говорят о технологии питания по оптоволокну .)

Технология лазерного "powerbeaming" была исследована в военных ^{[133] [134] [135]} и аэрокосмических ^{[136] [137]} приложениях. Также она применяется для питания различных типов датчиков в промышленных условиях. В последнее время она разрабатывается для питания коммерческой и бытовой электроники . Беспроводные системы передачи энергии с использованием лазеров для потребительского пространства должны удовлетворять требованиям безопасности лазеров , стандартизированным в соответствии с IEC 60825. ^{[ необходима цитата ]}

Первой беспроводной системой питания, использующей лазеры для потребительских приложений, была Wi-Charge , продемонстрированная в 2018 году, способная подавать питание на стационарные и движущиеся устройства по всей комнате. Эта беспроводная система питания соответствует правилам безопасности согласно стандарту IEC 60825. Она также одобрена Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). ^[138]

Другие детали включают распространение , ^[139] а также проблему когерентности и ограничения диапазона . ^[140]

Джеффри Лэндис ^{[141] [142] [143]} является одним из пионеров солнечных энергетических спутников ^[144] и лазерной передачи энергии, особенно для космических и лунных миссий. Потребность в безопасных и частых космических миссиях привела к предложениям о космическом лифте с лазерным приводом . ^{[145] [146]}

Исследовательский центр НАСА имени Драйдена продемонстрировал легкую беспилотную модель самолета, работающую от лазерного луча. ^[147] Это доказательство концепции демонстрирует осуществимость периодической подзарядки с использованием системы лазерного луча.

Ученые из Китайской академии наук разработали экспериментальную версию использования двухволнового лазера для беспроводной зарядки портативных устройств или беспилотных летательных аппаратов. ^[148]

Связь атмосферного плазменного канала

В атмосферном плазменном канале связь, энергия передается между двумя электродами посредством электрической проводимости через ионизированный воздух. ^[149] Когда между двумя электродами существует градиент электрического поля, превышающий 34 киловольта на сантиметр при атмосферном давлении на уровне моря, возникает электрическая дуга. ^[150] Этот атмосферный диэлектрический пробой приводит к потоку электрического тока по случайной траектории через ионизированный плазменный канал между двумя электродами. Примером этого является естественная молния, где один электрод является виртуальной точкой в ​​облаке, а другой - точкой на Земле. В настоящее время ведутся исследования лазерно-индуцированного плазменного канала (LIPC) с использованием сверхбыстрых лазеров для искусственного содействия развитию плазменного канала через воздух, направляя электрическую дугу и направляя ток по определенному пути контролируемым образом. ^[151] Энергия лазера снижает напряжение пробоя атмосферного диэлектрика, и воздух становится менее изолирующим из-за перегрева, что снижает плотность ( ) нити воздуха. ^[152] ${\displaystyle p}$

Этот новый процесс изучается для использования в качестве лазерного громоотвода и как средство для запуска молний из облаков для изучения естественных каналов молний, ^​​[153] для изучения искусственного распространения в атмосфере, в качестве замены обычным радиоантеннам, ^[154] для приложений, связанных с электросваркой и механической обработкой, ^{[155] [156]} для отвода мощности от разрядов высоковольтных конденсаторов, для приложений направленного энергетического оружия , использующего электропроводность через обратный путь заземления, ^{[157] [158] [159] [160]} и электронного глушения . ^[161]

Сбор энергии

В контексте беспроводной энергии сбор энергии , также называемый сбором энергии или сбором энергии , представляет собой преобразование окружающей энергии из окружающей среды в электрическую энергию, в основном для питания небольших автономных беспроводных электронных устройств. ^[162] Окружающая энергия может исходить от рассеянных электрических или магнитных полей или радиоволн от близлежащего электрооборудования, света, тепловой энергии (тепла) или кинетической энергии , такой как вибрация или движение устройства. ^[162] Хотя эффективность преобразования обычно низкая, а собранная мощность часто ничтожна (милливатты или микроватты), ^[162] ее может быть достаточно для запуска или подзарядки небольших микромощных беспроводных устройств, таких как удаленные датчики , которые распространяются во многих областях. ^[162] Эта новая технология разрабатывается для устранения необходимости замены или зарядки батареи таких беспроводных устройств, что позволяет им работать полностью автономно. ^{[163] [164]}

Использует

Индуктивная передача энергии между соседними проволочными катушками была самой ранней беспроводной технологией питания, которая была разработана, существующей с тех пор, как был разработан трансформатор в 1800-х годах. Индукционный нагрев используется с начала 1900-х годов и применяется для индукционной готовки . ^[165]

С появлением беспроводных устройств были разработаны индукционные зарядные стенды для приборов, используемых во влажных условиях, таких как электрические зубные щетки и электробритвы , чтобы исключить опасность поражения электрическим током. Одним из самых ранних предложенных применений индуктивной передачи было питание электровозов. В 1892 году Морис Хутен и Морис Леблан запатентовали беспроводной метод питания железнодорожных поездов с использованием резонансных катушек, индуктивно связанных с рельсовым проводом на частоте 3 кГц. ^[166]

В начале 1960-х годов резонансная индуктивная беспроводная передача энергии успешно использовалась в имплантируемых медицинских устройствах ^[167], включая такие устройства, как кардиостимуляторы и искусственные сердца. В то время как ранние системы использовали резонансную приемную катушку, более поздние системы ^[168] также реализовали резонансные передающие катушки. Эти медицинские устройства разработаны для высокой эффективности с использованием маломощной электроники, эффективно приспосабливаясь к некоторому смещению и динамическому скручиванию катушек. Разделение между катушками в имплантируемых приложениях обычно составляет менее 20 см. Сегодня резонансная индуктивная передача энергии регулярно используется для подачи электроэнергии во многие коммерчески доступные медицинские имплантируемые устройства. ^[169]

Первые пассивные технологии RFID (радиочастотной идентификации) были изобретены Марио Кардулло ^[170] (1973) и Келле и др. ^[171] (1975) и к 1990-м годам использовались в бесконтактных картах и ​​бесконтактных смарт-картах .

Распространение портативных беспроводных коммуникационных устройств, таких как мобильные телефоны , планшеты и ноутбуки, в последние десятилетия в настоящее время стимулирует развитие технологий беспроводного питания и зарядки среднего диапазона, чтобы исключить необходимость привязывать эти устройства к розеткам во время зарядки. ^[172] Консорциум беспроводной мощности был создан в 2008 году для разработки стандартов взаимодействия между производителями. ^[172] Его стандарт индуктивной мощности Qi , опубликованный в августе 2009 года, обеспечивает высокоэффективную зарядку и питание портативных устройств мощностью до 5 Вт на расстоянии 4 см (1,6 дюйма). ^[173] Беспроводное устройство помещается на плоскую зарядную пластину (которую можно встроить, например, в столешницы в кафе), и энергия передается от плоской катушки в зарядном устройстве к аналогичной катушке в устройстве. В 2007 году группа под руководством Марина Солячича из Массачусетского технологического института использовала двухрезонансный передатчик с вторичным контуром диаметром 25 см, настроенным на частоту 10 МГц, для передачи мощности 60 Вт на аналогичный двухрезонансный приемник на расстояние 2 метра (6,6 фута) (в восемь раз больше диаметра катушки передатчика) с эффективностью около 40%. ^{[35] [84]}

В 2008 году команда Грега Лейха и Майка Кеннана из Лаборатории молний Невады использовала заземленный двойной резонансный передатчик с вторичным контуром диаметром 57 см, настроенным на частоту 60 кГц, и аналогичный заземленный двойной резонансный приемник для передачи энергии через связанные электрические поля с возвратным контуром тока через землю на расстояние 12 метров (39 футов). ^[174] В 2011 году доктор Кристофер А. Такер и профессор Кевин Уорвик из Университета Рединга воссоздали патент Теслы 1900 года 0,645,576 в миниатюре и продемонстрировали передачу энергии на расстояние более 4 метров (13 футов) с диаметром катушки 10 сантиметров (3,9 дюйма) на резонансной частоте 27,50 МГц с эффективной эффективностью 60%. ^[175]

Главной мотивацией для микроволновых исследований в 1970-х и 1980-х годах была разработка спутника для космической солнечной энергетики . ^{[28] [55]} Задуманный в 1968 году Питером Глейзером , он собирал энергию солнечного света с помощью солнечных батарей и направлял ее на Землю в виде микроволн на огромные ректенны, которые преобразовывали ее в электрическую энергию в электросети . ^[176] В знаковых экспериментах 1975 года в качестве технического директора программы JPL/Raytheon Браун продемонстрировал передачу на большие расстояния, передавая 475 Вт микроволновой энергии на ректенну, находящуюся в миле, с эффективностью преобразования микроволн в постоянный ток 54%. ^[177] В Лаборатории реактивного движения НАСА он и Роберт Дикинсон передавали выходную мощность постоянного тока 30 кВт на расстояние 1,5 км с помощью микроволн 2,38 ГГц с 26-метровой тарелки на 7,3 x 3,5-метровую решетку ректенн. Эффективность преобразования падающего радиочастотного сигнала в постоянный ток ректенны составила 80%. ^[178] В 1983 году Япония запустила эксперимент по нелинейному взаимодействию микроволнового излучения с ионосферой (MINIX), ракетный эксперимент для проверки передачи мощных микроволн через ионосферу. ^{[ необходима ссылка ]}

В последние годы основное внимание уделялось разработке беспилотных летательных аппаратов с беспроводным питанием, которая началась в 1959 году с проекта RAMP (Raytheon Airborne Microwave Platform) Министерства обороны ^[55] , который спонсировал исследования Брауна. В 1987 году Канадский центр исследований в области связи разработал небольшой прототип самолета под названием Stationary High Altitude Relay Platform (SHARP) для передачи телекоммуникационных данных между точками на Земле, аналогично спутнику связи . Работающий от ректенны, он мог летать на высоте 13 миль (21 км) и оставаться в воздухе в течение месяцев. В 1992 году группа из Киотского университета построила более совершенный аппарат под названием MILAX (MIcrowave Lifted Airplane eXperiment).

В 2003 году НАСА запустило первый самолет с лазерным приводом. Двигатель небольшой модели самолета работал на электричестве, вырабатываемом фотоэлементами из луча инфракрасного света наземного лазера, в то время как система управления удерживала лазер направленным на самолет.

Смотрите также

• энергетический портал
• Физический портал

• Испытание мощности луча
• Электромагнитная совместимость  – Концепция электротехники
• Электромагнитное излучение и здоровье  – аспект общественного здравоохранения
• Уравнение передачи Фрииса  – Формула в телекоммуникационной технике для расчета характеристик антенны
• Проклятие разреженной решетки  – Теорема в электромагнитной теории антеннPages displaying short descriptions of redirect targets

Ссылки

1. Хоффман, Крис (15 сентября 2017 г.). «Как работает беспроводная зарядка?». How-To Geek . How-To Geek LLC . Получено 11 января 2018 г. .
2. Ибрагим, ФН; Джамаил, НАМ; Отман, НА (2016). «Развитие беспроводной передачи электроэнергии посредством резонансной связи». 4-я конференция IET по чистой энергии и технологиям (CEAT 2016) . стр. 33 (5). doi :10.1049/cp.2016.1290. ISBN 978-1-78561-238-1.
3. Крачек, Ян; Мазанек, Милош (июнь 2011 г.). «Беспроводная передача энергии для электроснабжения: современное состояние» (PDF) . Радиотехника . 20 (2): 457–463.
4. "World's first!! Production started for Capacitive Coupling Wireless Power Transmission Module". Журнал ECN . 27 октября 2011 г. Получено 16 января 2015 г.
5. Эрфани, Реза; Марефат, Фатемех; Содагар, Амир М.; Мохсени, Педрам (2017). «Транскутанная емкостная беспроводная передача энергии (C-WPT) для биомедицинских имплантатов». 2017 IEEE Международный симпозиум по схемам и системам (ISCAS) . стр. 1–4. doi :10.1109/ISCAS.2017.8050940. ISBN 978-1-4673-6853-7. S2CID  23159251.
6. Эрфани, Реза; Марефат, Фатемех; Содагар, Амир М.; Мохсени, Педрам (май 2018 г.). «Моделирование и характеристика емкостных элементов с тканью в качестве диэлектрического материала для беспроводного питания нейронных имплантатов». Труды IEEE по нейронным системам и реабилитационной технике . 26 (5): 1093–1099. doi :10.1109/TNSRE.2018.2824281. PMID  29752245. S2CID  13716374.
7. Эрфани, Реза; Марефат, Фатемех; Содагар, Амир М.; Мохсени, Педрам (июль 2018 г.). «Моделирование и экспериментальная проверка емкостной связи для беспроводной передачи энергии на биомедицинские имплантаты». Труды IEEE по схемам и системам II: Экспресс-краткие обзоры . 65 (7): 923–927. doi :10.1109/TCSII.2017.2737140. S2CID  49541743.
8. Мигель Поведа-Гарсия; Хорхе Олива-Санчес; Рамон Санчес-Иборра; Давид Каньете-Ребенаке; Хосе Луис Гомес-Торнеро (2019). «Динамическая беспроводная передача энергии для экономичных беспроводных сенсорных сетей с использованием излучения с частотным сканированием». Доступ IEEE . 7 : 8081–8094. Бибкод : 2019IEEA...7.8081P. дои : 10.1109/ACCESS.2018.2886448 .
9. Буш, Стивен Ф. (2014). Умная сеть: интеллектуальная связь для электроэнергетической сети. John Wiley & Sons. стр. 118. ISBN 978-1118820230.
10. "Беспроводная передача энергии". Энциклопедия терминов . PC Magazine Ziff-Davis. 2014. Получено 15 декабря 2014 .
11. Маркс, Пол (22 января 2014 г.). «Беспроводная зарядка для электромобилей выходит на дороги». New Scientist .
12. Шинохара, Наоки (2014). Беспроводная передача энергии посредством радиоволн. Джон Уайли и сыновья. стр. ix – xiii. ISBN 978-1118862964.
13. Gopinath, Ashwin (август 2013 г.). «Все о беспроводной передаче энергии» (PDF) . Electronics for You E-zine : 52–56. Архивировано из оригинала (PDF) 19 января 2015 г. . Получено 16 января 2015 г. .
14. Lu, X.; Wang, P.; Niyato, D.; Kim, DI; Han, Z. (2016). «Технологии беспроводной зарядки: основы, стандарты и сетевые приложения». IEEE Communications Surveys and Tutorials . 18 (2): 1413–1452. arXiv : 1509.00940 . doi : 10.1109/comst.2015.2499783. S2CID  8639012.
15. Sun, Tianjia; Xie, Xiang; Zhihua, Wang (2013). Беспроводная передача энергии для медицинских микросистем. Springer Science & Business Media. стр. 5–6. ISBN 978-1461477020.
16. Сазонов, Эдвард; Ньюман, Майкл Р. (2014). Носимые датчики: основы, реализация и применение. Elsevier. стр. 253–255. ISBN 978-0124186668.
17. Shinohara (2014). Беспроводная передача энергии с помощью радиоволн. John Wiley & Sons. стр. 27. ISBN 9781118862964.
18. Крикидис, Иоаннис; Тимотеу, Стелиос; Николау, Симеон; Чжэн, Ган; Нг, Деррик Винг Кван; Шобер, Роберт (2014). «Одновременная беспроводная передача информации и мощности в современных системах связи». Журнал IEEE Communications . 52 (11): 104–110. arXiv : 1409.0261 . Bibcode : 2014arXiv1409.0261K. doi : 10.1109/MCOM.2014.6957150. S2CID  3462059.
19. Би, Суджи; Цзэн, Юн; Чжан, Руи; Донг ин Ким; Хан, Чжу (2016). «Беспроводные сети связи с питанием: обзор». IEEE Wireless Communications . 23 (2): 10–18. arXiv : 1508.06366 . doi : 10.1109/MWC.2016.7462480. S2CID  3504276.
20. Лу, Сяо; Ван, Пин; Ниято, Дусит; Донг ин Ким; Хан, Чжу (2018). «Максимизация эргодической пропускной способности в беспроводных сетях связи». arXiv : 1807.05543 [cs.IT].
21. Би, Суджи; Хо, Чин Кеонг; Чжан, Руи (2015). «Беспроводная связь с питанием: возможности и проблемы». Журнал IEEE Communications . 53 (4): 117–125. arXiv : 1408.2335 . doi : 10.1109/MCOM.2015.7081084. S2CID  7127575.
22. Лу, Янь; Ки, Винг-Хунг (2017). Проектирование интегральных схем КМОП для беспроводной передачи энергии. Springer. С. 2–3. ISBN 978-9811026157.
23. Сан, Тяньцзя; Се, Сян; Ван, Чжихуа (2013). Беспроводная передача энергии для медицинских микросистем. Springer Science and Business Media. ISBN 978-1461477020.
24. Луиджи Гальвани (1791), Питер Сэмюэл Мунк (1835), Джозеф Генри (1842), Сэмюэл Альфред Варли (1852), Эдвин Хьюстон , Элиху Томсон , Томас Эдисон (1875) и Дэвид Эдвард Хьюз (1878)
25. Саркар, TK ; Майу, Роберт; Олинер, Артур А .; Салазар-Пальма, М.; Сенгупта, Дипак Л. (2006). История беспроводной связи . John Wiley & Sons. стр. 258–261. ISBN 9780471718147.
26. Кристофер Х. Стерлинг, Энциклопедия радио, 3 тома, Routledge – 2004, стр. 831
27. Карлсон, В. Бернард (2003). Инновация как социальный процесс: Элиу Томсон и рост General Electric . Cambridge University Press. С. 57–58.
28. Shinohara (2014). Беспроводная передача энергии с помощью радиоволн. John Wiley & Sons. стр. 11. ISBN 9781118862964.
29. Angelo, Joseph A. (2009). Энциклопедия космоса и астрономии. Infobase Publishing. стр. 292–293. ISBN 978-1438110189.
30. Купер, Кристофер (2015). Правда о Тесле: миф об одиноком гении в истории инноваций . Race Point Publishing. С. 154, 165.
31. Раппапорт, Теодор С.; Вернер, Брайан Д.; Рид, Джеффри Х. (2012). Беспроводные персональные коммуникации: тенденции и проблемы . Springer Science & Business Media. С. 211–215.
32. Купер, Кристофер (2015). Правда о Тесле: Миф об одиноком гении в истории инноваций . Race Point Publishing. стр. 154.
33. "21. Подделки, мошенничества и чудаки (1866–1922)". earlyradiohistory.us .
34. Купер, Кристофер (2015). Правда о Тесле: Миф об одиноком гении в истории инноваций . Race Point Publishing. стр. 165.
35. Ли, CK; Чжун, WX; Хуэй, SYR (5 сентября 2012 г.). Недавний прогресс в беспроводной передаче энергии среднего диапазона (PDF) . 4-й ежегодный конгресс и выставка IEEE по преобразованию энергии (ECCE 2012). Роли, Северная Каролина: Институт инженеров по электротехнике и электронике. стр. 3819–3821 . Получено 4 ноября 2014 г.
36. Tesla, Nikola (20 мая 1891 г.) Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination, лекция перед Американским институтом инженеров-электриков, Колумбийский колледж, Нью-Йорк. Переиздано в виде книги с тем же названием. Wildside Press. 2006. ISBN 978-0809501625.
37. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. стр. 132. ISBN 978-1400846559.
38. Wheeler, LP (август 1943 г.). «II — вклад Теслы в высокие частоты». Электротехника . 62 (8): 355–357. doi :10.1109/EE.1943.6435874. S2CID  51671246.
39. Sun; Xie; Wang (2013). Беспроводная передача энергии для медицинских микросистем. Springer. стр. 3. ISBN 9781461477020.
40. Купер, Кристофер (2015). Правда о Тесле: миф об одиноком гении в истории инноваций . Race Point Publishing. С. 143–144.
41. Лейх, GE; Кеннан, MD (2008). «Эффективная беспроводная передача энергии с использованием резонаторов со связанными электрическими полями». 2008 40-й Североамериканский энергетический симпозиум . С. 1–4. doi :10.1109/NAPS.2008.5307364. ISBN 978-1-4244-4283-6. S2CID  3685850.
42. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. стр. H-45. ISBN 978-1400846559.
43. Сейфер, Марк Дж. (1996). Волшебник: Жизнь и времена Николы Теслы: Биография гения . Citadel Press. стр. 107.
44. Ут, Роберт (1999). Тесла, повелитель молний . Barnes & Noble Publishing. стр. 92.
45. «Тесла – повелитель молний: Колорадо-Спрингс». PBS.
46. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. стр. 264. ISBN 978-1400846559.
47. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. стр. 301. ISBN 978-1400846559.
48. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. С. 209–211. ISBN 978-1400846559.
49. Тесла, Никола (5 марта 1904 г.). «Передача электрической энергии без проводов». Electrical World and Engineer . 43 : 23760–23761., перепечатано в Scientific American Supplement, Munn and Co., том 57, № 1483, 4 июня 1904 г., стр. 23760–23761
50. Сьюэлл, Чарльз Генри (1903). Беспроводная телеграфия: ее происхождение, развитие, изобретения и аппарат. D. Van Nostrand Co. стр. 38–42.
51. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. стр. 252. ISBN 978-1400846559.
52. Cooper, Drury W., внутренний документ юридической фирмы Kerr, Page & Cooper, Нью-Йорк, 1916. (Цитируется в Anderson, Leland (1992). Никола Тесла о своей работе с переменными токами и их применении в беспроводной телеграфии, телефонии и передаче энергии: расширенное интервью. Sun Publishing Company. стр. 110. ISBN 978-1893817012.
53. Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель электрического века. Princeton University Press. С. 302–367. ISBN 978-1400846559.
54. Тесла, Никола (июнь 1900 г.). «Проблема увеличения человеческой энергии». Century Magazine . Получено 20 ноября 2014 г.
55. Brown, WC (сентябрь 1984 г.). «История передачи энергии радиоволнами». Труды IEEE по теории и технике микроволн . 32 (9): 1230–1242. Bibcode : 1984ITMTT..32.1230B. doi : 10.1109/TMTT.1984.1132833. S2CID  73648082.
56. Керти, Яри-Паскаль; Деклерк, Мишель; Дехоллен, Кэтрин; Джоэл, Норберт (2006). Проектирование и оптимизация пассивных систем UHF RFID. Springer. стр. 4. ISBN 978-0387447100.
57. Валчев, Станимир С.; Байкова Елена Н.; Хорхе, Луис Р. (декабрь 2012 г.). «Электромагнитное поле как беспроводной переносчик энергии» (PDF) . Facta Universitatis – Серия: Электроника и энергетика . 25 (3): 171–181. CiteSeerX 10.1.1.693.1938 . дои : 10.2298/FUEE1203171V . Проверено 15 декабря 2014 г. 
58. Эшли, Стивен (20 ноября 2012 г.). «Беспроводная подзарядка: отключение электромобилей». BBC . Получено 10 декабря 2014 г.
59. Цзян, Хао; Чжан, Цзюньминь; Лан, Ди; Чао, Кевин К.; Лиу, Шишенг; Шахнассер, Хамид; Фехтер, Ричард; Хиросе, Шинджиро; Харрисон, Майкл; Рой, Шуво (2013). «Универсальная низкочастотная беспроводная технология передачи энергии для биомедицинских имплантатов». Труды IEEE по биомедицинским схемам и системам . 7 (4): 526–535. doi :10.1109/TBCAS.2012.2220763. PMID  23893211. S2CID  8094723.
60. "Израильский стартап превращает светильники в беспроводные зарядные устройства". eeNews Europe . 15 января 2018 г. Получено 12 марта 2018 г.
61. Коулман, Кристофер (2004). Введение в радиочастотную инженерию. Издательство Кембриджского университета. С. 1–3. ISBN 978-1139452304.
62. Раджакаруна, Сумедха; Шахния, Фархад; Гош, Ариндам (2014). Подключите электромобили к интеллектуальным сетям: методы интеграции. Спрингер. стр. 34–36. ISBN 978-9812872999.
63. Агбинья, Джонсон И. (2012). Беспроводная передача энергии. River Publishers. стр. 1–2. ISBN 978-8792329233.
64. Agbinya (2012). Беспроводная передача энергии. River Publishers. стр. 126–129. ISBN 9788792329233.
65. Umenei, AE (июнь 2011 г.). "Понимание низкочастотной безызлучательной передачи мощности" (PDF) . Fulton Innovation, Inc . Получено 3 января 2015 г. .
66. Schantz, Hans G. (2007). "Система определения местоположения в реальном времени с использованием электромагнитной дальности ближнего поля". 2007 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (PDF) . стр. 3792–3795. doi :10.1109/APS.2007.4396365. ISBN 978-1-4244-0877-1. S2CID  36079234. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июня 2016 г. . Получено 2 января 2015 г. .
67. Karalis, Aristeidis; Joannopoulos, JD; Soljačić, Marin (январь 2008 г.). «Эффективная беспроводная нерадиационная передача энергии на среднем расстоянии». Annals of Physics . 323 (1): 34–48. arXiv : physics/0611063 . Bibcode : 2008AnPhy.323...34K. doi : 10.1016/j.aop.2007.04.017. S2CID  1887505.
68. Вонг, Элвин (2013). «Семинар: обзор технологий беспроводной электроэнергии». HKPC . Ассоциация электронной промышленности Гонконга. Получено 3 января 2015 г.
69. Baarman, David W.; Schwannecke, Joshua (декабрь 2009 г.). "White paper: Understanding Wireless Power" (PDF) . Fulton Innovation. Архивировано из оригинала (PDF) 9 апреля 2011 г. . Получено 3 января 2015 г. . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
70. " ...сильно связанный магнитный резонанс может работать на расстоянии среднего диапазона, определяемом как несколько размеров резонатора. " Agbinya (2012) Wireless Power Transfer, стр. 40
71. Смит, Гленн С. (1997). Введение в классическое электромагнитное излучение. Cambridge University Press. стр. 474. ISBN 978-0521586986.
72. Тан, Йен Кхенг (2013). Энергосберегающие автономные сенсорные системы: проектирование, анализ и практическая реализация. CRC Press. С. 181–182. ISBN 978-1439892732.
73. Фейнман, Ричард Филлипс; Лейтон, Роберт Б.; Сэндс, Мэтью (1963). Лекции Фейнмана по физике. Том 1: Главным образом механика, излучение и тепло. Калифорнийский технологический институт. С. 30.6–30.7. ISBN 978-0465024933.
74. "Lighting Lamp by SW Radio" (PDF) . Короткие волны и телевидение . 8 (4): 166. Август 1937 . Получено 18 марта 2015 .на http://www.americanradiohistory.com
75. Агбинья, Джонсон И. (февраль 2013 г.). «Исследование моделей, каналов и экспериментов индуктивной системы связи ближнего поля» (PDF) . Progress in Electromagnetics Research B . 49 : 130. doi :10.2528/pierb12120512. Архивировано из оригинала (PDF) 3 августа 2016 г. . Получено 2 января 2015 г. .
76. Болич, Миодраг; Симплот-Рил, Дэвид; Стойменович, Иван (2010). Системы RFID: тенденции и проблемы исследований. John Wiley & Sons. стр. 29. ISBN 978-0470975664.
77. Дэвис, Сэм (июль 2011 г.). «Беспроводное питание минимизирует проблемы взаимосвязей». Power Electronics Technology : 10–14 . Получено 16 января 2015 г. .
78. Wilson, Tracy V. (2014). "How Wireless Power Works". How Stuff Works . InfoSpace LLC . Получено 15 декабря 2014 г. .
79. Puers, R. (2008). Всенаправленное индуктивное питание для биомедицинских имплантатов. Springer Science & Business Media. С. 4–5. ISBN 978-1402090752.
80. Сан, Тяньцзя; Се, Сян; Чжихуа, Ван (2013). Беспроводная передача энергии для медицинских микросистем. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1461477020.
81. "FCC одобряет первую беспроводную систему зарядки "power-at-a-distance"". Engadget . Получено 27 марта 2018 г.
82. Агбинья (2012). Беспроводная передача энергии. River Publishers. стр. 140. ISBN 9788792329233.
83. Бимс, Дэвид М.; Нагуркар, Варун (2013). «Проектирование и моделирование сетей для беспроводной передачи энергии среднего диапазона». 2013 IEEE 56th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS) . стр. 509–512. doi :10.1109/MWSCAS.2013.6674697. ISBN 978-1-4799-0066-4. S2CID  42092151.
84. Курс, А.; Каралис, А.; Моффатт, Р.; Джоаннопулос, Дж. Д.; Фишер, П.; Сольячич, М. (6 июля 2007 г.). «Беспроводная передача энергии посредством сильно связанных магнитных резонансов». Science . 317 (5834): 83–86. Bibcode :2007Sci...317...83K. CiteSeerX 10.1.1.418.9645 . doi :10.1126/science.1143254. PMID  17556549. S2CID  17105396. 
85. Schormans, Matthew; Valente, Virgilio; Demosthenous, Andreas (2016). "Анализ расщепления частоты и метод компенсации для индуктивного беспроводного питания имплантируемых биосенсоров". Датчики . 16 (8): 1229. Bibcode : 2016Senso..16.1229S . doi : 10.3390/s16081229 . PMC 5017394. PMID  27527174. 
86. Розман, Матьяс; Фернандо, Майкл; Адебизи, Бамиделе; Раби, Халед; Харел, Рупак; Икпехай, Августин; Гаканин, Харис (2017). «Комбинированный конформный сильносвязанный магнитный резонанс для эффективной беспроводной передачи энергии». Energies . 10 (4): 498. doi : 10.3390/en10040498 .
87. Смит, К. Дж. «Графический взгляд на Резонанс».
88. «Пересмотр принципа беспроводной передачи энергии, представленный Массачусетским технологическим институтом».ニコラテスラって素晴らしい. 30 марта 2017 г.
89. Сара Линдер (2 мая 2021 г.), Риски помех при беспроводной передаче энергии для электромобилей, Шведское агентство оборонных исследований (FOI)
90. Вебмастер. "Резонансная емкостная связь". wipo-wirelesspower.com . Получено 30 ноября 2018 г. .
91. Huschens, Markus (2012). "Различные методы беспроводной зарядки" (PDF) . EETimes-Asia . Получено 16 января 2015 г. .
92. Meindl, James D. (2008). Интегрированные технологии межсоединений для 3D наноэлектронных систем. Artech House. С. 475–477. ISBN 978-1596932470.
93. Харакава, Кеничи (2014). «Беспроводная передача энергии на вращающихся и скользящих элементах с использованием технологии емкостной связи» (PDF) . 2014 ANSYS Electronic Simulation Expo 9–10 октября 2014 г., Токио . ExH Corporation. Архивировано из оригинала (PDF) 25 сентября 2015 г. . Получено 5 мая 2015 г. .
94. Liu, Na (2010). "Связующие игры в метаматериалах". Архивировано из оригинала 11 октября 2016 года . Получено 18 января 2016 года .
95. Камурати, Патрик; Бондар, Анри (2006). «Устройство для транспортировки энергии путем частичного воздействия через диэлектрическую среду». Google.ch/Patents . TMMS Co . Получено 18 января 2016 г. .
96. А. Гарро и Д.П. Арнольд, «Достижения в области электродинамической беспроводной передачи энергии», Конференция IEEE Sensors, октябрь 2016 г., стр. 82–84.
97. Дж. О. Мур-Миранда, С. Ченг и Д. П. Арнольд, «Повышение эффективности электродинамической беспроводной передачи энергии», 7-я Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP), 2013, стр. 2848–2852.
98. MA Halim, SE Smith, JM Samman и DP Arnold, «Высокопроизводительный электродинамический микроприемник для низкочастотной беспроводной передачи энергии», 33-я международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS), 2020, стр. 590–593, doi: 10.1109/MEMS46641.2020.9056444.
99. SE Smith, MA Halim, AA Rendon-Hernandez и DP Arnold, «Электромеханический приемник с двойным преобразованием для беспроводной передачи энергии в ближнем поле», 34-я международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS), 2021, стр. 38–41, doi: 10.1109/MEMS51782.2021.9375416.
100. Truong, BD; Roundy, S. Беспроводная система передачи энергии с центрально-зажатым магнито-механо-электрическим (MME) приемником: проверка модели и исследование эффективности. Smart Mater. Struct. 2019, 28, 015004.
101. Лю, Г.; Ци, П.; Донг, С. Сбор энергии из окружающего низкочастотного магнитного поля с использованием композитного магнито-механо-электрического кантилевера. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 032908.
102. Гарро, Н.; Алаби, Д.; Варела, Дж. Д.; Арнольд, Д. П.; Гарро, А. Микроизготовленный электродинамический беспроводной приемник энергии для биоимплантатов и носимых устройств. В материалах семинара по твердотельным датчикам и приводам 2018 г., Хилтон-Хед-Айленд, Южная Каролина, США, 3–7 июня 2018 г.; стр. 34–37.
103. IEEE. Стандарт уровней безопасности в отношении воздействия на человека радиочастотных электромагнитных полей, от 3 кГц до 300 ГГц; Стандарт IEEE C95.1–2010; IEEE: Пискатауэй, Нью-Джерси, США, 2010; стр. 1–238.
104. IEEE. Стандарт уровней безопасности в отношении воздействия на человека электромагнитных полей, 0–3 кГц; Стандарт IEEE C95.6-2002; IEEE: Пискатауэй, Нью-Джерси, США, 2002; стр. 1–43.
105. Старк, Джозеф К., Диссертация (магистр инженерии) — Массачусетский технологический институт, кафедра электротехники и компьютерных наук, 2004, http://hdl.handle.net/1721.1/18036
106. AP Sample, DT Meyer и JRSmith, «Анализ, экспериментальные результаты и адаптация диапазона магнитно-связанных резонаторов для беспроводной передачи энергии», в IEEE Transactions on Industrial Electronics , том 58, № 2, стр. 544–554, февраль 2011 г.
107. AA Rendon-Hernandez, MA Halim, SE Smith и DP Arnold, «Магнитносвязанные микроэлектромеханические резонаторы для низкочастотной беспроводной передачи энергии», 35-я международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS), 2022, стр. 648–651.
108. Шахан, Зак. «ELIX Wireless выпускает беспроводное зарядное устройство для электромобилей мощностью 10 кВт с эффективностью 92%». EVObsession.com . Получено 20 июля 2015 г.
109. Oruganti, Sai Kiran; Liu, Feifei; Paul, Dipra; Liu, Jun; Malik, Jagannath; Feng, Ke; Kim, Haksun; Liang, Yuming; Thundat, Thomas; Bien, Franklin (22 января 2020 г.). "Экспериментальная реализация нерадиоактивной, несвязанной беспроводной передачи энергии на основе волн Ценнека". Scientific Reports . 10 (1): 925. Bibcode :2020NatSR..10..925O. doi :10.1038/s41598-020-57554-1. PMC 6976601 . PMID  31969594. 
110. Oruganti, SK; Khosla, A.; Thundat, TG (2020). «Беспроводная передача данных и мощности для промышленного Интернета вещей: моделирование и эксперименты». IEEE Access . 8 : 187965–187974. Bibcode : 2020IEEEA...8r7965O. doi : 10.1109/ACCESS.2020.3030658 . S2CID  225049658.
111. Пол, Д.; Оруганти, СК; Хосла, А. (2020). «Моделирование системы передачи волн Ценнека в сверхвысокочастотном спектре». SPAST Express . 1 (1).
112. Масса, А. Масса, Г. Оливери, Ф. Виани и П. Рокка; Оливери, Джакомо; Виани, Федерико; Рокка, Паоло (июнь 2013 г.). «Конструкции массивов для беспроводной передачи энергии на большие расстояния — современные и инновационные решения». Труды IEEE . 101 (6): 1464–1481. doi :10.1109/JPROC.2013.2245491. S2CID  2990114.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
113. Landis, GA (1994). «Применение космической энергии с помощью лазерной передачи». В Walker, Jack V.; Montgomery Iv, Edward E. (ред.). Laser Power Beaming . Vol. 2121. pp. 252–255. Bibcode : 1994SPIE.2121..252L. doi : 10.1117/12.174188. S2CID  108775324.
114. Лэндис, Г. (1992). «Космический переход с наземным лазером/электрическим двигателем». Технический меморандум НАСА . doi :10.2514/6.1992-3213. hdl : 2060/19930011426 . S2CID  109847404.
115. Лэндис, Джеффри (2006). «Повторная оценка спутниковых солнечных энергосистем для Земли». 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference . стр. 1939–1942. doi :10.1109/WCPEC.2006.279877. hdl : 2060/20070005136 . ISBN 1-4244-0016-3. S2CID  22181565.
116. "Экспериментальная бортовая микроволновая платформа с поддержкой". Архивировано из оригинала 2 марта 2010 года.
117. "Сканирование прошлого: история электротехники из прошлого, Хидэцугу Яги". Ieee.cincinnati.fuse.net. Архивировано из оригинала 11 июня 2009 года . Получено 4 июня 2009 года .
118. "Space Solar Energy Initiative". Space Island Group. Архивировано из оригинала 22 января 2022 года . Получено 4 июня 2009 года .
119. Шинохара, Н. «Беспроводная передача энергии для солнечной энергетической спутниковой системы (SPS)» (PDF) . Практикум по космической солнечной энергии (второй черновик). Технологический институт Джорджии.
120. Лан Сан Лук, JD; Селеста, А.; Романачче, П.; Чан Куанг Санг, Л.; Гатина, Дж. К. (6–10 октября 1997 г.). «Беспроводная передача энергии из точки в точку на острове Реюньон». 48-й Международный астронавтический конгресс . Турин, Италия: Университет Реюньона – Факультет естественных наук и технологий. Архивировано из оригинала 23 октября 2005 г.
121. Браун, WC; Ивс, EE (июнь 1992 г.). «Передача энергии в лучистом микроволновом диапазоне и ее применение в космосе». Труды IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 40 (6): 1239–1250. Bibcode : 1992ITMTT..40.1239B. doi : 10.1109/22.141357.
122. "Система Cota передает энергию по беспроводной связи на расстояние до 30 футов". newatlas.com . 30 сентября 2013 г. Получено 5 января 2018 г.
123. Этерингтон, Даррелл. «Cota By Ossia стремится провести революцию в области беспроводной энергии и изменить наше представление о зарядке». TechCrunch . Получено 5 января 2018 г.
124. Талла, Вамси; Келлог, Брайс; Рэнсфорд, Бенджамин; Надерипаризи, Саман; Голлакота, Шьямнатх; Смит, Джошуа Р. (2015). «Подключение следующего миллиарда устройств к Wi-Fi». arXiv : 1505.06815 [cs.NI].
125. arXiv, Новые технологии из. "Первая демонстрация камеры наблюдения, работающей от обычных Wi-Fi-трансляций" . Получено 28 сентября 2016 г.
126. "Energous получает первую в отрасли сертификацию FCC для беспроводной зарядки по воздуху и на расстоянии :: Energous Corporation (WATT)". Energous Corporation . Получено 5 января 2018 г.
127. Эмилио, Маурицио Ди Паоло (8 ноября 2021 г.). «Energous обеспечивает решения беспроводной передачи энергии на любые расстояния для США и Европы». EE Times Europe . Получено 11 ноября 2021 г.
128. "Power-by-Light". Fraunhofer ISE .
129. Sahai, Aakash; Graham, David (2011). «Оптическая беспроводная передача энергии на длинных волнах». Международная конференция по космическим оптическим системам и приложениям (ICSOS) 2011 г. С. 164–170. doi :10.1109/ICSOS.2011.5783662. ISBN 978-1-4244-9686-0. S2CID  18985866.
130. Бетт, Андреас В.; Димрот, Франк; Локенхофф, Рудигер; Олива, Эдуард; Шуберт, Йоханнес (2008). «Солнечные элементы III–V под монохроматическим освещением». 2008 33-я конференция специалистов IEEE по фотовольтаике . стр. 1–5. doi :10.1109/pvsc.2008.4922910. ISBN 978-1-4244-1640-0. S2CID  21042923.
131. Смит, Дэвид (4 января 2009 г.). «Беспроводные заклинания питания заканчиваются для кабелей». The Observer . Лондон.
132. "передача энергии через лазеры". Laserfocusworld.com . Получено 4 июня 2009 г. .
133. Скиллингс, Джонатан (23 августа 2008 г.). «Лазерное оружие: далекая цель», новости CNET 23 августа 2008 г. 1:41 по тихоокеанскому времени. CNET . Получено 4 июня 2009 г. .
134. "Лазерное оружие "Почти готово?" Нет!". Defensetech.org. 12 января 2006 г. Получено 4 июня 2009 г.
135. "White Sands testing new laser weapon system, US Army.mil, 30 января 2009 г.". Армия США. 30 января 2009 г. Получено 4 июня 2009 г.
136. "Лазеры питают самолеты и дроны". Defensetech.org. 6 ноября 2003 г. Получено 4 июня 2009 г.
137. Гилбертсон, Роджер Г. (24 октября 2005 г.). «Верхом на луче света: первый конкурс космических лифтов НАСА оказался весьма сложным». Space.com . Получено 4 июня 2009 г.
138. "Wi-Charge получает награду CES 2018 Best of Innovation Award" . Получено 12 марта 2018 г. .
139. "Распространение лазерного излучения в свободном пространстве: атмосферные эффекты". Ieee.org. Архивировано из оригинала 23 октября 2008 г. Получено 4 июня 2009 г.
     Характеристики распространения лазерных лучей – каталог Melles Griot Эндрюс, Ларри К.; Филлипс, Рональд Л. (2005). LC Andrews и RL Phillips, Распространение лазерного луча через случайные среды, 2-е изд. (SPIE Press, 2005). SPIE Press. ISBN
      978-0-8194-5948-0. Получено 4 июня 2009 г.
140. Доктор Рюдигер Пашотта. «Объяснение согласованности». Rp-photonics.com . Проверено 4 июня 2009 г.
141. "Эволюционный путь к SPS". Islandone.org . Получено 4 июня 2009 г.
142. "Сверхсинхронный SPS". Geoffreylandis.com. 28 августа 1997 г. Получено 4 июня 2009 г.
143. Лэндис, Джеффри А. (2001). «Документы, касающиеся космической фотоэлектрической энергии, передачи энергии и спутников солнечной энергии». Астробиология . 1 (2): 161–4. Bibcode : 2001AsBio...1..161L. doi : 10.1089/153110701753198927. PMID  12467119. Получено 4 июня 2009 г.
144. "Limitless clean energy from space". Nss.org. Архивировано из оригинала 29 мая 2016 года . Получено 4 июня 2009 года .
145. "Power Beaming (Climber) Competition". Spaceward.org. Архивировано из оригинала 24 июля 2009 года . Получено 4 июня 2009 года .
146. "От концепции к реальности". Космический лифт . Получено 4 июня 2009 г.
     «Космические лифтовые тросы приближаются». Crnano.typepad.com. 31 января 2009 г. Получено 4 июня 2009 г.
147. "Dryden Flight Research Center, Beamed Laser Power For UAVs". Nasa.gov. 7 мая 2008 г. Получено 4 июня 2009 г.
148. Wu, Chen-Wu; Wang, Jyhwen; Huang, Chen-Guang (15 мая 2018 г.). «Связанная модель преобразования энергии в лазерном излучении». Journal of Power Sources . 393 : 211–216. Bibcode : 2018JPS...393..211W. doi : 10.1016/j.jpowsour.2018.05.010. S2CID  104165547.
149. Наваз, Суддияс. «Беспроводная передача энергии». Academia 2015. Получено 31 декабря 2015 .
150. Рэй, Субир (2009). Введение в высоковольтную технику. PHI Learning. С. 19–21. ISBN 978-8120324176.
151. "Электролазер". Сайт WiseGeek . Корпорация «Гипотеза», 2015 год . Проверено 25 октября 2015 г.
152. Шеллер, Майк; Борн, Норман; Ченг, Вейбо; Полынкин, Павел (2014). «Канализация электрического пробоя воздуха оптически нагретыми плазменными нитями». Optica . 1 (2): 125–128. Bibcode :2014Optic...1..125S. doi : 10.1364/OPTICA.1.000125 .
153. Раков, Владимир А.; Уман, Мартин А. (2003). Молния: физика и эффекты. Cambridge Univ. Press. С. 296–298. ISBN 978-0521035415.
154. Штахманн, младший (октябрь 1964 г.). "ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ТИПА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЛН И АТМОСФЕРЫ". ЦЕНТР ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБОРОНЫ OAI . ИНСТИТУТ ИССЛЕДОВАНИЙ МОЛН И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ST PAUL MN. Архивировано из оригинала 26 января 2016 г. Получено 16 января 2016 г.
155. Лоуренс, Джонатан Р.; Во, Д. (2014). Лазерная технология обработки поверхности: процессы и применение. Elsevier. С. 456–460. ISBN 978-1782420798.
156. Forestier, B.; Houard, A.; Revel, I.; Durand, M.; André, YB; Prade, B.; Jarnac, A.; Carbonnel, J.; Le Nevé, M.; de Miscault, JC; Esmiller, B.; Chapuis, D.; Mysyrowicz, A. (март 2012 г.). "Запуск, управление и отклонение длинных воздушных искровых разрядов с помощью фемтосекундной лазерной нити". AIP Advances . 2 (1): 012151. Bibcode : 2012AIPA....2a2151F. doi : 10.1063/1.3690961 .
157. Каспарян, Жером; Вольф, Жан-Пьер (2010). «О контроле молний с помощью лазеров». Прогресс в области сверхбыстрых интенсивных лазеров . Серия Springer по химической физике. Том 98. С. 109–122. doi :10.1007/978-3-642-03825-9_6. ISBN 978-3-642-03824-2.
158. Франклин, Стив (2015). Справочник по нелетальному оружию (PDF) . Цифровые услуги. С. 161–162.
159. Квик, Даррен (28 июня 2012 г.). «Оружие армии США стреляет молниями по лазерным лучам». Gizmag . Gizmag Limited . Получено 16 января 2016 г. .
160. Канеширо, Джейсон (21 июня 2012 г.). «Инженеры Пикатинни настраивают фазеры на «жарку». Архив новостей . Официальный сайт армии США www.mil.gov . Получено 25 октября 2015 г.
161. Клеричи, Маттео; Ху, Йи; Лассонд, Филипп; Милиан, Карлес; Куайрон, Арно; Христодулидес, Деметриос Н.; Чен, Чжиган; Раззари, Лука; Видаль, Франсуа; Легаре, Франсуа; Фаччо, Даниэле; Морандотти, Роберто (июнь 2015 г.). «Лазерное наведение электрических разрядов вокруг объектов». Достижения науки . 1 (5): e1400111. Бибкод : 2015SciA....1E0111C. doi : 10.1126/sciadv.1400111. ПМК 4640611 . ПМИД  26601188. 
162. Биби, Стивен; Уайт, Нил (2010). Сбор энергии для автономных систем. Artech House. стр. 1–2. ISBN 978-1596937192.
163. Лю, Винсент; Паркс, Аарон; Талла, Вамси; Голлакота, Шьямнат; Везеролл, Дэвид; Смит, Джошуа Р. (2013). «Обратное рассеяние окружающей среды». Труды конференции ACM SIGCOMM 2013 по SIGCOMM . стр. 39–50. doi :10.1145/2486001.2486015. ISBN 9781450320566. S2CID  6730636.
164. Kang, X.; Ho, CK; Sun, S. (октябрь 2015 г.). «Полнодуплексная беспроводная коммуникационная сеть с энергетической причинностью». Труды IEEE по беспроводным коммуникациям . 14 (10): 5539–5551. arXiv : 1404.0471 . doi : 10.1109/TWC.2015.2439673. S2CID  2445116.
165. Руднев, Валерий; Лавлесс, Дон; Кук, Рэймонд Л. (14 июля 2017 г.). Справочник по индукционному нагреву (второе изд.). CRC Press. ISBN 978-1351643764.
166. Соединенные Штаты 527857A, Морис Хутин и Морис Леблан, «Трансформаторная система для электрических железных дорог», выдан 23 октября 1894 г. 
167. Шудер, Дж. К. (2002). «Питание искусственного сердца: рождение индуктивно связанной радиочастотной системы в 1960 году». Искусственные органы . 26 (11): 909–915. doi :10.1046/j.1525-1594.2002.07130.x. PMID  12406141.
168. SCHWAN, MA; Troyk, PR (ноябрь 1989). «Высокоэффективный драйвер для транскутанно соединенных катушек». Образы XXI века. Труды Ежегодного международного общества инженеров в области медицины и биологии . С. 1403–1404. doi :10.1109/IEMBS.1989.96262. S2CID  61695765. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
169. "Что такое кохлеарный имплант?". Cochlearamericas.com. 30 января 2009 г. Архивировано из оригинала 24 декабря 2008 г. Получено 4 июня 2009 г.
170. Соединенные Штаты 3713148A, Марио В. Кардулло и Уильям Л. Паркс, «Приемопередающие устройства и системы», выдан 23 января 1973 г. 
171. Koelle, AR; Depp, SW; Freyman, RW (1975). «Радиотелеметрия ближнего действия для электронной идентификации с использованием модулированного обратного рассеяния радиочастот». Труды IEEE . 63 (8): 1260–1261. doi :10.1109/proc.1975.9928.
172. Sayer, Peter (19 декабря 2008 г.). «Wireless Power Consortium to Unleash Electronic Gadgets». PC World . Получено 8 декабря 2014 г.
173. «Глобальный стандарт Qi усиливает беспроводную зарядку». UBM plc. PR Newswire. 2 сентября 2009 г. Получено 8 декабря 2014 г.
174. Лейх, GE; Кеннан, MD (28 сентября 2008 г.). «Эффективная беспроводная передача энергии с использованием резонаторов со связанными электрическими полями» (PDF) . 2008 40-й Североамериканский энергетический симпозиум . NAPS 2008 40-й Североамериканский энергетический симпозиум, Калгари, 28–30 сентября 2008 г. IEEE. стр. 1–4. doi :10.1109/NAPS.2008.5307364. ISBN 978-1-4244-4283-6. Получено 20 ноября 2014 г.
175. Такер, Кристофер А.; Уорик, Кевин; Холдербаум, Уильям (2013). «Вклад в беспроводную передачу энергии». Международный журнал по электроэнергетике и энергетическим системам . 47 : 235–242. Bibcode : 2013IJEPE..47..235T. doi : 10.1016/j.ijepes.2012.10.066.
176. Glaser, Peter E. (22 ноября 1968 г.). «Power from the Sun: Its future» (PDF) . Science . 162 (3856): 857–861. Bibcode :1968Sci...162..857G. doi :10.1126/science.162.3856.857. PMID  17769070 . Получено 4 ноября 2014 г. .
177. Френд, Майкл; Паризе, Рональд Дж. «Cutting the Cord: ISTF 07-1726». Mainland High School, Дейтона-Бич, Флорида . Получено 7 октября 2016 г.
178. Дикинсон, Р. М. (1976). «Характеристики мощной приемной решетки с частотой 2,388 ГГц при беспроводной передаче энергии на расстояние более 1,54 км». Сборник докладов Международного микроволнового симпозиума MTT-S . Том 76. С. 139–141. doi :10.1109/mwsym.1976.1123672.

Дальнейшее чтение

• де Рой, Майкл А. (2015). Справочник по беспроводному питанию. Публикации по преобразованию энергии. ISBN 978-0996649216. Последние работы AirFuel Alliance по передатчикам классов 2 и 3, адаптивной настройке, излучаемым электромагнитным помехам, многорежимным беспроводным системам питания и стратегиям управления.
• Агбинья, Джонсон И., ред. (2012). Беспроводная передача энергии. River Publishers. ISBN 978-8792329233.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) Подробный теоретический инженерный текст
• Синохара, Наоки (2014). Беспроводная передача энергии с помощью радиоволн. John Wiley & Sons. ISBN 978-1118862964. Инженерный текст
• Курс, А.; Каралис, А.; Моффатт, Р.; Джоаннопулос, Дж. Д.; Фишер, П.; Сольячич, М. (6 июля 2007 г.). «Беспроводная передача энергии посредством сильно связанных магнитных резонансов». Science . 317 (5834): 83–86. Bibcode :2007Sci...317...83K. CiteSeerX  10.1.1.418.9645 . doi :10.1126/science.1143254. PMID  17556549. S2CID  17105396.
• Thibault, G. (2014). Беспроводное прошлое и проводное будущее. В J. Hadlaw, A. Herman, & T. Swiss (ред.), Теории мобильного Интернета. Материальности и воображаемые. (стр. 126–154). Лондон: Routledge. Краткая культурная история беспроводной энергии
• Патент США 4,955,562 , Самолет с микроволновым питанием, Джон Э. Мартин и др. (1990).
• Патент США 3,933,323 , Система и устройство твердотельного преобразователя солнечной энергии в микроволновую, Кеннет В. Дадли и др. (1976).
• Патент США 3,535,543 , Антенна для приема микроволновой энергии, Кэрролл К. Дейли (1970).

Внешние ссылки

• Как работает беспроводная энергия на HowStuffWorks
• Передача микроволновой энергии
• Стационарная высотная релейная платформа (SHARP)
• MIT WiTricity Марина Солячича