RF環境発電

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RF放射に投資したエネルギーを完全に収穫できないのはなぜですか？これに影響する主な要因は何ですか？最近、このプロセスを完全に説明する重要な研究はありますか？「エネルギーはある形態から別の形態に移動します」という結論に立つが、この場合、その量で収穫して、低電力デバイスへの電力供給に使用したり、かなりの量のバッテリーに後で保存したりできないのはなぜか使用する？なぜ今日では利益が出ないのか、なぜ水、風力、その他のエネルギー源からのエネルギーのように今日使用されないのか？

RF環境発電システムの図

rf dc energy-harvesting

— 塗抹標本
ソース

重複しているとは思わない。もう1つは特定のスキーム（実際は単なる詐欺）に関するものですが、これは利用可能なすべてのRFをキャプチャできない理由に関するようです。つまり、ブロードキャストしているすべてのRFを回収して電力に使用できないのはなぜですか。

— JRE

「利用可能なRFのすべて」と言って、すべての周波数スペクトルを意味しますか？

— エニッド

@JREまさにそれ！

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@Lazarにこれに新しい報奨金を追加したので、これまでに受け取った情報に何か足りないものがありますか？

— アンディ別名

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電力発振器からのすべての電気エネルギーを電磁無線伝送に変換するアンテナを考えてみましょう。1ワットがアンテナに供給され、1ワットが放射された電波電力であるとします。

その力はほとんどの方向に放り出されます。電球が（実質的に）全方向に光を発するように。電球は単なる例ではなく、まったく同じ例です。放射される光は電磁波です。

ここで、100％効率的なソーラーパネルを備えた電球から1メートルのところにいると想像してください。次に、電球を正確かつ完全に覆う複数のソーラーパネルを構築するとします。ソーラーパネルを直列に配線し、どれだけの電力を抽出できるかを確認します。この思考実験では、実際にその力の100％を抽出できます。

次に、10m離れて同じことをします。明らかにもっと多くのソーラーパネルが必要ですが、放出された光が完全にパネルに当たっており、それらのパネルを超えて光が漏れていない場合、100％の電力を受け取ります。

したがって、それを行うことができますが、多大な費用と不便さを伴います。しかし、鉛筆のような鋭いレーザービームと100％の効率的なソーラーパネルであれば、それほど問題にはなりません。十分に光の焦点を合わせることができれば、すべてのエネルギーを集めることができます。これは単なる思考運動であり、太陽電池パネルとランプ/レーザーは100％効率的ではないことを忘れないでください。

送信された電波に戻って、放物線の皿を作り、十分に高い周波数で送信して、最も焦点を合わせることができますの電力を受信アンテナ（別のディッシュ）ます。これは、軍隊や通信の人々によって全国的に行われ、近くにいる限り送信されているものを「盗む」のが難しいという点で、「ほぼ」プライベートな見通しデータと音声通信を取得しますアンテナと小さなサイドローブのエネルギーを拾います。

放送するすべての送信機の残りについては、それらは一般に双極子であり、少なくとも1つの平面で全方向に放出されるエネルギーを拡散します。これにより、音楽ステーションを簡単にピックアップできます。もちろん、それが目的です。

そのエネルギーを簡単に収穫できますか？電力は主に宇宙に飛び出しており、「聞き手」が受け取るのはほんの一部であるため、あまり良くありません。

各リスナーのアンテナは、実質的にはネット（つまり、細長い形状にもかかわらず実際の「エリア」を持っている）であり、そのトランスミッターから送信される電力をキャプチャし、キャプチャする量は通常フェムトワットです。通常、RFレシーバー（一般的すぎるリスクがある）は、アンテナから受信した約10マイクロボルトで動作し、アンテナタイプの幅広いサンプルで平均すると、この電圧のソースインピーダンスは約50オームになります。

したがって、解放される電力は5 uVの2乗/ 50 = 5フェムトワットです。

トランスミッターに近いほど、解放できる電力は大きくなりますが、使用可能な電力を得ることだけに関心がある場合は、ワイヤーを使用してください。

地球上の任意のポイントで収穫できるエネルギーの合計を計算した場合、数ミリワット以上を収集できる場所は多くありません。

太陽光発電とRFエネルギーハーベスティングは、基本的にどちらも同じもの、つまり電磁波ハーベスティングです。

ルーターのそばにいても？一部のルーターは最大80mWを出力することを読みました

通常、ルーターは1/4波長アンテナを使用しますが、エネルギーを収集するために1/4波長アンテナを使用することもできます。近距離に到達できる現実的な距離は、アンテナに奇妙な負荷効果を引き起こし始める前の約ラムダ（1波長）です。これは約0.1メートルの距離であるため、dBに変換されたFriis伝送式を使用します。

$log_{10}$ $log_{10}$

ここで、fはMHz単位で、dはキロメートル単位です。この式は、特定のキャリア周波数で特定の距離に何dBの電力損失が予想されるかを示しています。

2.45 GHzおよび0.1メートル（0.0001 km）の場合、損失は32.45 + 67.6-80 = 20 dBです。

ただし、txアンテナとrxアンテナは、それらの間に約4dBのゲインがあり（半指向性であるため）、損失はわずか約16dBです。

80 mW inは（理論上）12.7 mW outになります。

— アンディ別名
ソース

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考慮すべきもう1つのことは、ポイントを通過してすべてを実際に収穫しようとした場合に何が起こるかです。これは、空想で高価なシールドで、何も通過できません。それらがすべての建物にあった場合、問題になる可能性があります。アンディの+1。

— ショーンボディ

@SeanBoddy自宅のWiFiルーターからエネルギーを回収するのはどうですか？

@MasterYoda上記のコメントについて、どのような点ですか？ルーターからミリワットを収穫したとしても、それを使用して情報を送受信することはできません。また、現実の世界なので、回復できるよりも全体的に多くのパワーを失います。（電源は熱を浪費し、送信機は熱を浪費するため、受信機も浪費します）。

— Rドラスト

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@MasterYodaスリープモードで携帯電話のバッテリーが低下するのを止めるのに十分な収穫があるかもしれません！もちろん、Wi-Fiを同時に使用することはできません。そして、あなたはWi-Fiアクセスポイントに立ち向かわなければならないので、APが接続されているものにあなたの電話を単に接続しないのはなぜですか？

— user253751

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@masteryoda、ポイントは、RF伝送から電力を収穫すると、伝送はもはや存在しないということです。非常に現実的な方法では、送信機のプラグを抜くことでより多くの正味エネルギーを得ることができます。

— ショーンボディ

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RFエネルギーハーベスティングだけでなく、電磁エネルギーハーベスティング全般をカバーするためにあなたの質問を少し一般化すると、私たちは常にそれをします。

太陽は基本的に約4×10 ²⁶ワットの出力を持つ電磁送信機です。非常に大規模なソーラーファームの（ピーク）出力は6×10 ^8ですワットです。

遠近法を言えば、8キログラムの金があり、1つの原子を削除した場合、それは太陽から受け取った電力とほぼ同じ割合です。

それは287,000ドルの金であり、1兆分の1セントの半分を収穫することができます。

世界のすべての人々を連れて行ったら、爪のトリミングの価値のある人間について収穫するでしょう。

当然の理由は、太陽のエネルギー出力の大部分が地球にさえ衝突しないからです。

問題はRFエネルギーハーベスティングとほぼ同じです。世界中のすべての送信機から送信されるすべてのRFエネルギーのうち、ごくわずかな部分だけがアンテナに当たります。

— フィル・フロスト
ソース

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（記憶から）私の姿を正すと、太陽は毎秒4,000トンの質量を光に変え、地球は毎秒2オンスの光子を遮ります。Er、60グラム。

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関連：電力線に平行に走る長いワイヤーフェンスを持つ農民は、結合された50/60 Hz ACを「盗む」ことができると聞いた。これが本当かどうか、またはどのくらいの電力が利用可能かはわかりませんが、私は少量を推測していますが、電力会社は損失に気付き、それを探しに行きました。あなたがあなたの計画のためにそのすべてのワイヤーを買うためにお金を使った後、あなたは太陽電池パネルまたは風または水車をよりよく買うかもしれない。その場合、誰もあなたを彼らから盗んだと非難することはありません。

代わりに、雨などから重力エネルギーを集めてみることもできますか？

この回答が適切な回答とみなされるほど十分に完全であるかどうかはわかりません。しかし、それとは別に、電気を盗むことは、高電圧と大地によって生じる静電容量によるものであり、必ずしもそれらによって発生する電磁干渉ではないと考えています。

— ジャロッドクリスト

しばしば、彼らは盗むことができ、その2本の導体線は平行で、1本はもう1本の電子の流れを引き起こします-電磁気。

@JarrodChristman：別の長いワイヤに平行な長いワイヤは実質的にトランスであるため、OPが求める「無線」のELF範囲でのシナリオに適合します。それが静電容量効果である場合、納屋のような大きな金属板または箱が仕事をします。そのことを聞いたことがありません。その場合、完全な回路が必要になります...？

あなたは正しいです、さらに研究した後、誘導は最も理にかなっています。

— ジャロッドクリスト

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「代わりに、雨などから重力エネルギーを収穫してみることができますか？」私たちはそれらの水力発電所を呼ぶと思います。かなりうまくいくようです。たぶん、縦spの底に置かれたミニチュアを構築することができます。おそらく、これらのRFスキームの1つよりも多くの電力を生成します。

— tcrosley

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これを行う研究グループがあります：IEEE Paper さらにいくつかありますが、グーグルにうんざりしています。ワイヤレスエネルギーをキャプチャしてマイクロコントローラーに電力を供給していた記事/グループを覚えています。TIのMSP430の一部は、非常に低い電力（uAmps）のTI MSP430アプリケーションノートで実行でき、非常に小さな太陽電池またはアンテナを使用して実行できます。

— 電圧スパイク
ソース

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問題は物理学とエネルギー変換の効率に関係しています。周波数に対する作業の概要は、以下の[hemour2014towards]からの次のプロットにあります。

簡単な答えは、エネルギーを取り込むためにデバイスを駆動する必要があり、デバイスの不一致などの製造の現実に起因する全体的な損失があるということです。以下を読むことで、RF環境発電の問題に関するクラッシュコースに必要なすべてを見つけることができます。

@article{hemour2014towards,
title={Towards low-power high-efficiency RF and microwave energy harvesting},
author={Hemour, Simon and Zhao, Yangping and Lorenz, Carlos Henrique Petzl and Houssameddine, Dimitri and Gui, Yongsheng and Hu, Can-Ming and Wu, Ke},
journal={Microwave theory and techniques, IEEE transactions on},
volume={62},
number={4},
pages={965--976},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

@article{hemour2014radio,
title={Radio-frequency rectifier for electromagnetic energy harvesting:    Development path and future outlook},
author={Hemour, Simon and Wu, Ke},
journal={Proceedings of the IEEE},
volume={102},
number={11},
pages={1667--1691},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

私はあなたのためにすべての派生物をすることができました、しかし、彼らが利用できるように、それらの2つのドキュメントを読んでください。

— bデグナン
ソース

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うわー、私たちは実際にミリワットで測定可能な電力を収穫することができます！

— ティムスプリッグス

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@TimSpriggs物理学は厳しい愛人です。:)

— b degnan

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同様の質問を何度か聞かれました。価値観はまったくないようです。

上記のコメントはすべて真実です。私たちの技術が生成するRF放射の大部分は、地球、壁、人体などによって吸収されるか、宇宙へと去ります。最初のケースでは、一部のオブジェクトがわずかに加熱されます。2番目のケースでは、永久に失われます。

唯一の例外は、電力伝送またはこの機能を念頭に置いて設計されたRFシステムです。ただし、ブロードキャストや通信には使用できません。

明らかな矛盾を見ることができます：ブロードキャストは、RFエネルギーがすべての方向に自由に流れることを前提としています。「RFエネルギーの収集」では、一部のシステムがこのエネルギーをすべて収集することを前提としているため、ブロードキャスト（または通信、WiFi接続など）のために最新のものが失われます。

— 主人
ソース