New Wave-interferentietechniek stimuleert draadloos opladen over lange afstanden

• Onderzoekers ontwikkelen een uniek systeem dat energie efficiënt door de vrije ruimte kan overbrengen. 
• Het systeem zou het gemakkelijk kunnen maken om een mobiele telefoon draadloos op te laden op enige afstand van het stopcontact. 
• Het werkt door het signaal met een specifieke amplitude en fase over te dragen. 

We weten allemaal dat antennes een belangrijke rol spelen in draadloze technologie, inclusief informatie- en stroomoverdracht. Hoewel het draadloze communicatiesysteem goed ontwikkeld is, bevindt de draadloze energieoverdracht zich nog in de beginfase.

Het is niet dat we het niet hebben geprobeerd; Er zijn belangrijke onderzoeken gewijd aan het vinden van nieuwe manieren om vermogen met een hogere efficiëntie over te dragen, door de geometrie van resonatoren en omringende elementen te optimaliseren. We hebben onlangs zelfs grote vooruitgang geboekt.

Een internationaal team van onderzoekers heeft een nieuw concept gedemonstreerd dat de efficiëntie van de energieoverdracht verhoogt en zou kunnen leiden tot haalbaar draadloos opladen over lange afstanden. Als dit wordt geïmplementeerd, zal dit gunstig zijn voor alle consumentenelektronica voor telefoons, medische implantaten en zelfs elektrische voertuigen.

Hoe hebben ze het gedaan?

Het is erg moeilijk om voldoende energie over te dragen via elektromagnetische golven over een lange afstand (zonder draden te gebruiken). Onderzoekers hebben echter een nieuwe techniek ontwikkeld die afhankelijk is van de lokale controle van de golfimpedantie, die wordt geleverd door een interferentiemechanisme.

Ze toonden aan dat het mogelijk is om de efficiëntie van een ontvangende antenne te vergroten, door gebruik te maken van coherente excitatie van de uitgekoppelde golfgeleider met een signaal (dat zich achterwaarts voortplant) met een bepaalde fase en amplitude. Het signaal vormt een uniek interferentiepatroon, dat een optimale golfimpedantie biedt aan de ontvangende kant, waardoor de hoeveelheid stroom die door de vrije ruimte wordt overgedragen wordt gemaximaliseerd.

Wat betekent het? 

Simpel gezegd:een van de grootste problemen bij draadloze energietransmissie is dat de antenne geen straling absorbeert; in feite werpt hij een klein deel van de invallende straling uit. Deze twee processen worden meestal geassocieerd met een koppelingsconstante, en wanneer de constanten van deze twee processen hetzelfde zijn, wordt de maximale hoeveelheid energie overgedragen.

Om deze koppelingsconstanten stabiel te houden, integreerden onderzoekers een paar configureerbare circuitmodules, waaronder inductoren en condensatoren. Bovendien hebben ze het signaal met een specifieke amplitude en fase overgedragen om de onbalans van koppelingsconstanten te onderdrukken. Het signaal kan ook worden geconfigureerd om de golftransmissie te verbeteren zonder dat de belasting hoeft te worden gewijzigd.

Demonstratie

Afbeelding tegoed:Krasnok / Universiteit van Texas

De afbeelding toont een zendantenne (aan de rechterkant) die golven uitstraalt (radiofrequentie). De antenne aan de ontvangende kant stuurt energie (blauwe golven) via een coaxkabel naar de batterij. De rode golf die door het circuit wordt uitgezonden, interfereert op een manier die de hoeveelheid overgedragen energie maximaliseert. 

Het team ontwikkelde een theoretisch model om dit principe te bewijzen met numerieke simulaties met volledige golf. Ze gebruikten een signaalgenerator en twee antennes om microgolfvermogen op 40 centimeter afstand over te brengen. Een coaxiale kabel verbindt de ontvangende antenne verder met het circuit (zoals een batterij).

Ze toonden aan dat hun techniek de maximale energieoverdracht kan herstellen, zelfs met een groot verschil in koppelingsconstanten. Volgens de onderzoekers kan de techniek worden gebruikt om efficiënte draadloze energieoverdrachtsystemen te ontwikkelen in drastisch veranderende omgevingen.

Lees:Organische zonnecellen kunnen elektriciteit opwekken via snel bewegende elektronen

Witricity, bedrijf dat apparaten produceert voor draadloze stroomoverdracht, zegt echter dat de voordelen van dit concept nog moeten worden geverifieerd. Ze weten nog steeds niet zeker of het de moeite waard is om het te implementeren.