El sistema WPT descrito utiliza un haz de microondas de 2,45 GHz y 1,0 kW de potencia. Incluye un magnetrón de alta potencia, sintonizador de tres estubs, atenuador variable, acoplador direccional, divisor de potencia y antena parabólica de 36,5 dBi de 3 metros de diámetro y 20 kg solo para la transmisión , para la transmision. en recepcion contador de potencia, una antena de recepción, un filtro de coincidencia de impedancia, un rectificador, y la carga. Se transmitió 2,3 kW y se recibió 1,02 kW a 50 m, con una eficiencia del 44,3\%.
usos
Esta topología de transmisión de potencia inalámbrica mediante microondas es la más adecuada para trabajar con aplicaciones de alta potencia, como vehículos aéreos no tripulados (UAV) y drones, debido a su capacidad para transmitir varios kW de potencia a largas distancias con alta eficiencia.
Las antenas en el sistema receptor están conectadas en serie para incrementar el voltaje de salida y en paralelo para aumentar la corriente de salida. Además, se diseña una superficie selectiva de frecuencia (FSS) de bucle cuadrado para mejorar la eficiencia de conversión y reducir las ondas armónicas de orden superior. Sin embargo, el uso de una antena parabólica de 3 metros de diámetro y 20 kg solo para la transmisión puede resultar en un método demasiado grande y costoso para ciertas implementaciones.
En conclusión, esta tecnología ofrece una solución robusta y eficiente para la transmisión de alta potencia mediante microondas, aunque los desafíos de tamaño y costo deben ser considerados según la aplicación específica.d
Aportes
La antena SP Yagi tiene una mejor eficiencia de conversion cerca del angulo incidente de 90 grados.Diseña una superficie selectiva de frecuencia de bucle cuadrado,
Materiales utilizados
Sistema Tx:magnetron de alta potencia 2.4 GHzAntena parabolica de 36.5 dBi de gananciaRectenas de parche polarizadoSistema Rx de dos conjuntos de rectenas de 36x40 y 36x16Guias de onda rectangularesdiodo Schottky de polarizacion cero HSMS 2850PCB FR4 de 1.6 mm de espesorPara medir el comportamiento de transmisión, se utiliza un analizador de red vectorial de 2 puertos.
Teoría
Ventajas en distancia a la transferencia de energía inalámbrica por acoplamiento magnético y transferencia de energía inalámbrica capacitiva.
Topologia
se requiere un magnetrón junto con su fuente de alimentación para el control, un sintonizador de tres estubs para la coincidencia de impedancias, un atenuador variable para controlar la salida máxima, un acoplador direccional para medir la potencia de salida, un divisor de potencia para la polarización dual y una antena parabólica de transmisión de 36.5 dBi de ganancia.
En el sistema de recepción (RX), se requiere un contador de potencia, una antena de recepción, un filtro de coincidencia de impedancia, un rectificador, una carga visible y un voltímetro. La antena SP Yagi muestra una mejor eficiencia de conversión RF-DC cerca del ángulo incidente de 90 grados, mientras que las antenas dual-polarizadas ofrecen un rendimiento superior en una gama más amplia de ángulos de incidencia.
En TX, El magnetron y su fuente de alimentacion para control, sintronziador, atenuador, acoplador, medidro de potencia, divisor de poder, antena de transmision,
En RX requiere contador de potencia, antena de recepcion, Impedancia coincidente y filtro, rectificador , carga visible y voltimetro.
Fig. 1 Configuración de un sistema de transmisión de energía inalámbrica de alta potencia.
Fig. 2 Fotografías del sistema transmisor de alta potencia. Sistema Tx (superior), guía de ondas de alimentación de polarización dual y magnetrón.
Fig. 1 Configuración de un sistema de transmisión de energía inalámbrica de alta potencia.
Fig. 2 Fotografías del sistema transmisor de alta potencia. Sistema Tx (superior), guía de ondas de alimentación de polarización dual y magnetrón. La rectena se compne de anterna de parche polarizada dual, dipolo cruzado polarizado dual y antena YagiMatrix de rectena , consta de una antena de parche cuadrada polarizada 4x4 4 rectenas estan conectadas en serie para mejorar el voltaje de salida. 4 juegos d rectenas verticuales conectadas en paralelo para sumar corriente
Fig. 6. Fotografías de un conjunto de recenas de parche cuadrado polarizado dual 4x4
Fig. 6. Fotografías de un conjunto de recenas de parche cuadrado polarizado dual 4x4Parametros
1 KW de potencia.2.45 GHz de haz de microondasdivisor de potenciapotencia de transmisión de Transmisión 2.3 kWpotencia de transmisión de Recepción 1.02kW
eficiencia 44.3%
Antenas de 3 metros de diametro y 20 kg, Ganancia de antena 36.5 dBi, VSWR de 1.5:1 , 3.2 grados de ancho de haz de potencia media, eficiencia de 98%
Fuente RF de 5 W para antena dipolo DP y SP yagi
antena de bocina de 10 dBi
distancia entre antenas 1 m
potencia de recepcion de 8 dBm
distancia de 50 m
eficiencia total calculada 47.3%
eficiencia de conversion de fuente 84.3% , eficiencia de antena TX 98% , Perdida de ruta 77.4% , eficiencia de conversion RF-CC 74%
Aplicaciones mencionadas
Vehiculos aereos no tripuladosDrones
Bibliografia
Y. Park and D. Youii, “KW-class
wireless power transmission based on microwave beam,” in 2020 IEEE Wireless
Power Transfer Conference, WPTC 2020, Institute of Electrical and
Electronics Engineers Inc., Nov. 2020, pp. 5–8. doi:
10.1109/WPTC48563.2020.9295626.
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