Revision: A long-distance high-power microwave wireless power transmission

Se describe un sistema MWPT basado en un magnetrón resonante asimétrico y un rectificador de ondas ciclotrónica, alcanzando una potencia de salida de hasta 400 kW, alimentando una antena altamente directiva. En recepción, una antena intercepta la potencia de microondas y la canaliza hacia un rectificador de ondas de ciclotrón y una antena transceptora Cassegrain, alcanzando 8,5 kW con una eficiencia de transmisión CC-CC del 1 \% a 2,45 GHz a 10 km 

este artículo es sólo una verificación y simulación de principios 

l análisis de un sistema de transmisión de potencia inalámbrica por microondas (MWPT) de alta potencia y larga distancia basado en un magnetrón resonante asimétrico y un rectificador de ondas de ciclotrón

puede ofrecer la ventaja de la transmisión a larga distancia con una transferencia de potencia de haz enfocado

Trabajos previos

Hardware: El magnetrón asimétrico y el rectificador de onda ciclotrónica destacan por su alta capacidad de manejo de potencia.

Metodología: Se utilizó simulación PIC para optimizar el comportamiento del magnetrón y el rectificador, junto con modelos electromagnéticos para las antenas.

Resultados: El sistema logró transmitir 8.5 kW de potencia a 10 km con una eficiencia DC-DC del 1%.

Conceptos teóricos: Fórmula de transmisión de Friis, teoría de la óptica gaussiana y principios de resonancia electromagnética.

Aplicaciones: Alimentación remota de vehículos aéreos sin combustible, transmisión de energía a islas aisladas o desde satélites solares en órbita geostacionaria​

Materiales

antena Cassegrain

usos

l vehículo aéreo sin combustible desde el suelo, proporcionar energía eléctrica a la cima de una montaña aislada o una isla, e incluso transmitir la energía desde el satélite de energía solar espacial en órbita geoestacionaria al suelo.

Parametros

 Los parámetros destacados incluyen una eficiencia de transmisión del 2.6% a 10 km y una conversión de microondas a DC del 85%.

Potencia de microondas de salida de 400 kW con una eficiencia de conversión del 45 %. 

El sistema de antena Cassegrain del transceptor con su estructura simple, alta eficiencia de conversión y alta capacidad de potencia puede alcanzar una eficiencia de transmisión de potencia integral del 2,6 % a una distancia de 10 km. 

El rectificador de ondas de ciclotrón con alta eficiencia y alta capacidad de potencia de un solo tubo puede alcanzar una eficiencia de conversión de microondas a CC del 85 %

. Finalmente, el sistema MWPT de alta potencia y larga distancia puede alcanzar una potencia de CC de 8,5 kW con una eficiencia de transmisión CC-CC de aproximadamente el 1 % a la frecuencia operativa de 2,45 GHz y para la distancia de 10 km.

Vista esquemática del MWPT de alta potencia y larga distancia basado en el magnetrón asimétrico y el rectificador de ondas de ciclotrón.

Finalmente, la simulación del sistema MWPT de alta potencia y larga distancia puede lograr una potencia de CC de 8,5 kW con una eficiencia de transmisión de CC-CC de aproximadamente el 1 % en la frecuencia operativa de 2,45 GHz y la distancia de 10 km.

Funcionamiento

Magnetrón con la cavidad resonante asimétrica, las correas y el circuito de acoplamiento de bucle de salida pueden promover eficazmente la interacción haz-onda, suprimir la competencia de modos y mejorar el acoplamiento de salida

El sistema sigue fases de generación de microondas, transmisión a través de antenas y conversión de microondas a corriente continua mediante el rectificador.

El primer modo adopta el diodo rectificador de transistor único con baja potencia, que puede realizar transferencia de potencia a corta distancia con tamaños de emisor y receptor relativamente compactos mediante la combinación de potencia 

 El segundo modo aplica el rectificador de ondas de ciclotrón de alta potencia y alta eficiencia 

En comparación con las tecnologías de semiconductores, para el mismo rango de alta potencia, el tubo de vacío basado en microondas posee más eficiencia de conversión, menor costo y menor relación potencia-peso, incluso si incluye la fuente de energía, el convertidor de CC a CC, el equipo de enfriamiento y todos los demás elementos accesorios esenciales

 En consecuencia, el sistema MWPT basado en el rectificador de ondas de ciclotrón 

.  

Arquitectura y aplicación del sistema MWPT de alta potencia y larga distancia.

Esquema estructural del novedoso magnetrón resonante asimétrico de alta potencia y sus componentes principales.

En este magnetrón, adopta un resonador asimétrico, cuya distribución de campo se intensifica en comparación con la del resonador simétrico, lo que puede mejorar la intensidad del campo en la zona de acoplamiento de energía y debilita la intensidad del campo en la zona de interacción. Y en particular, el campo de acoplamiento de salida mejorado conduce a un aumento de la potencia de salida, y la intensidad del campo debilitado satisface más la condición de resonancia del magnetrón, lo que conduce a un aumento de la eficiencia. Mientras tanto, las correas rotas se utilizan para unir componentes alternativos en la cavidad con ranuras magnéticas.  

Bibligorafia

B. Hu et al., “A long-distance high-power microwave wireless power transmission system based on asymmetrical resonant magnetron and cyclotron-wave rectifier,” Energy Reports, vol. 7, pp. 1154–1161, 2021, doi: 10.1016/j.egyr.2020.12.026.