Die neue Wave-Interferenztechnik steigert das kabellose Laden über große Entfernungen

• Forscher entwickeln ein einzigartiges System, das Energie effizient durch den freien Raum übertragen kann. 
• Das System könnte es einfach machen, ein Mobiltelefon in einiger Entfernung von der Steckdose drahtlos aufzuladen. 
• Es funktioniert durch die Übertragung des Signals mit spezifischer Amplitude und Phase. 

Wir alle wissen, dass Antennen eine wichtige Rolle in der drahtlosen Technologie spielen, einschließlich der Informations- und Energieübertragung. Während das drahtlose Kommunikationssystem gut entwickelt ist, befindet sich die drahtlose Energieübertragung noch in der Anfangsphase.

Es ist nicht so, dass wir es nicht versucht hätten; Umfangreiche Studien wurden der Suche nach neuen Wegen zur Leistungsübertragung mit höherer Effizienz gewidmet, indem die Geometrie von Resonatoren und umgebenden Elementen optimiert wurde. Tatsächlich haben wir kürzlich große Fortschritte erzielt.

Ein internationales Forscherteam hat ein neues Konzept demonstriert, das die Effizienz der Energieübertragung erhöht und zu einem realisierbaren kabellosen Laden über große Entfernungen führen könnte. Wenn dies umgesetzt wird, wird dies für die gesamte Unterhaltungselektronik von Mobiltelefonen, medizinischen Implantaten und sogar Elektrofahrzeugen von Vorteil sein.

Wie haben sie das gemacht?

Es ist sehr schwierig, ausreichend Energie durch elektromagnetische Wellen über eine große Entfernung zu übertragen (ohne Kabel zu verwenden). Forscher haben jedoch eine neue Technik entwickelt, die auf der lokalen Kontrolle der Wellenimpedanz durch Interferenzmechanismen beruht.

Sie zeigten, dass es möglich ist, die Effizienz einer Empfangsantenne durch kohärente Anregung des auskoppelnden Wellenleiters mit einem (sich rückwärts ausbreitenden) Signal einer bestimmten Phase und Amplitude zu steigern. Das Signal bildet ein einzigartiges Interferenzmuster, das eine optimale Wellenimpedanz am Empfangsende bietet und die durch den freien Raum übertragene Leistungsmenge maximiert.

Was bedeutet das? 

Vereinfacht ausgedrückt besteht eines der Hauptprobleme bei der drahtlosen Energieübertragung darin, dass die Antenne keine Strahlung absorbiert, sondern nur einen kleinen Teil der auftreffenden Strahlung ausstößt. Diese beiden Prozesse sind normalerweise mit einer Kopplungskonstante verbunden, und wenn die Konstanten dieser beiden Prozesse gleich sind, wird die maximale Energiemenge übertragen.

Um diese Kopplungskonstanten stabil zu halten, integrierten die Forscher einige konfigurierbare Schaltungsmodule, darunter Induktivitäten und Kondensatoren. Darüber hinaus übertragen sie das Signal mit spezifischer Amplitude und Phase, um das Ungleichgewicht der Kopplungskonstanten zu unterdrücken. Das Signal kann auch so konfiguriert werden, dass die Wellenübertragung verbessert wird, ohne dass die Last geändert werden muss.

Demonstration

Bildnachweis:Krasnok / University of Texas

Das Bild zeigt eine Sendeantenne (rechts), die Wellen (Radiofrequenz) ausstrahlt. Die Antenne auf der Empfangsseite sendet Energie (Wellen in blauer Farbe) über ein Koaxialkabel an die Batterie. Die von der Schaltung ausgesendete rote Welle interferiert auf eine Weise, die die übertragene Energiemenge maximiert. 

Das Team entwickelte ein theoretisches Modell, um dieses Prinzip mit numerischen Vollwellensimulationen zu beweisen. Sie verwendeten einen Signalgenerator und zwei Antennen, um Mikrowellenenergie in einer Entfernung von 40 Zentimetern zu übertragen. Ein Koaxialkabel verbindet außerdem die Empfangsantenne mit dem Stromkreis (z. B. der Batterie).

Sie zeigten, dass ihre Technik selbst bei großen Unterschieden in den Kopplungskonstanten die maximale Energieübertragung wiederherstellen kann. Den Forschern zufolge kann die Technik zur Entwicklung effizienter drahtloser Energieübertragungssysteme in sich drastisch verändernden Umgebungen eingesetzt werden.

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Witricity, ein Unternehmen, das Geräte zur drahtlosen Energieübertragung herstellt, sagt jedoch, dass die Vorteile dieses Konzepts noch überprüft werden müssen. Sie sind sich immer noch nicht sicher, ob sich die Umsetzung lohnt.