射频能量收集

15

为什么投资于RF辐射的能量不能被完全收集？影响此的主要因素是什么？如今是否有任何重要的研究可以完全描述这一过程？我的结论是：“能量从一种形式转移到另一种形式。”但是在这种情况下，为什么不能大量收集能量以将其用于为低功率设备供电或将其大量存储在某些电池中以备后用采用？为什么现在不赚钱，为什么今天不像水，风和其他能源那样使用它？

射频能量采集系统图

rf dc energy-harvesting

— 假面
source

我不认为这是重复的。另一个是关于一个特定的方案（实际上只是一个骗局），而这似乎是关于为什么您无法捕获所有可用的RF。也就是说，为什么我们不能收回我们正在广播的所有RF并将其用作电源。

— JRE

您说“所有可用的RF”是指所有频谱吗？

— 艾妮德（Aenid）2015年

@JRE就是这样！

4

@Lazar您为此添加了新的赏金，因此到目前为止，您所收到的信息是否有所缺失？

— 安迪（aka Andy）

40

考虑将所有电能从功率振荡器转换为电磁无线电传输的天线。假设1瓦馈入天线，而1瓦是发射的无线电波功率。

这种力量在很多方向上都散发出来。就像灯泡在（几乎）所有方向上发出光能一样。灯泡不仅是一个相似的例子，而且是完全相同的例子-发出的光是电磁波。

现在，假设您距离灯泡100米，而太阳能电池板的效率为100％。然后想象一下，您构建了几块完全，完全覆盖灯泡的太阳能电池板。您将太阳能电池板串联起来，看看可以提取多少功率。好吧，对于这个思想实验，您实际上可以提取100％的功效。

然后，您站在10m处并执行相同操作。显然，您需要更多的太阳能电池板，但是，假设发出的光完全射在了电池板上，并且没有光泄漏到这些电池板上，那么您将获得100％的功率。

这样就可以做到，但是要付出很大的代价和不便。但是铅笔尖的激光束和效率为100％的太阳能电池板并不是什么大问题。如果您可以充分聚焦光线，则可以收集所有能量，请记住，这只是一种思想练习，太阳能电池板和灯/激光的效率远非100％。

回到发射的无线电波，您可以构建一个抛物面天线，并以足够高的频率进行传输，以将大部分功率聚焦到接收天线（另一个天线）上。军事和电信人员在全国范围内进行此操作，以获取“大部分”私有的视线数据和语音通信，因为除非您近距离接触，否则很难“窃听”正在传输的内容天线并吸收一小部分旁瓣能量。

对于其余所有广播发射机，它们通常是偶极子，并且将其发射的能量在至少一个平面内向各个方向传播。这使得音乐台的拾取非常容易，这当然是目标。

您可以轻松地获取能量吗？效果不是很好，因为力量主要是飞向太空，“听众”只获得一小部分。

每个听众的天线实际上是一个网（即，尽管它的形状很长，但实际上有一个“区域”），可以捕获从该发射机发送的功率，并且捕获的功率通常为毫微瓦。通常，RF接收器（具有太笼统的风险）可以在从天线接收到约10微伏特的电压下工作，并且在各种天线类型的平均样本中，该电压的源阻抗约为50欧姆。

因此，释放的功率为5 uV平方/ 50 = 5飞瓦。

显然，您离发射器越近，可以释放的功率就越大，但是，如果您只想获得可用的功率，则可以使用电线。

如果您对地球上任何一点可以收集的总能量进行了数学计算，那么您将找不到很多地方可以收集到超过几毫瓦的能量。

太阳能和RF能量收集基本上都是同一形式-电磁波收集。

即使我们站在路由器旁？我读到一些路由器的功率高达80mW

路由器通常使用四分之一波天线，并且您也可以使用四分之一波天线来收集能量。在您开始对天线造成奇怪的负载影响之前，您可以近距离接近的实际距离约为λ（1个波长）。这是一个大约0.1米的距离，因此，使用弗里斯传输方程式转换为dB：-

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

其中f以MHz为单位，d以公里为单位。该方程式告诉您，在给定距离和给定载波频率下，您可以期望多少dB的功率损耗。

对于2.45 GHz和0.1米（0.0001 km），损耗为32.45 + 67.6-80 = 20 dB。

但是发射天线和接收天线之间的增益约为4dB（因为它们是半定向的），因此损耗仅为16dB。

80 mW的输入（理论上）变为12.7 mW的输出。

— 安迪（aka）
source

1

要考虑的另一件事是，如果我们实际上试图收获所有通过一个点的东西-那只是花哨的，昂贵的盾牌，任何东西都无法通过。如果它们在所有建筑物上，可能会成为问题。+1为安迪。

— 肖恩·博迪

@SeanBoddy从我们的家用wifi路由器收集能量怎么样？

@MasterYoda关于以上评论，到什么时候？即使您确实收获了来自路由器的毫瓦，也将无法使用它来收发信息。而且，由于它是真实世界，因此总体上您将损失的能量超出了恢复的能力。（电源浪费热量，变送器浪费热量，接收器也会浪费）。

— R Drast

2

@MasterYoda您可能刚刚收获到足以阻止手机电池在睡眠模式下耗尽！当然，那您将无法同时使用Wi-Fi。而且您必须要面对Wi-Fi接入点，那么为什么不将手机插入AP插入的任何东西呢？

— user253751 2015年

4

@masteryoda，关键是如果您从RF传输中获取功率，则传输不再存在。实际上，通过拔下变送器的插头，您将获得更多的净能量。

— 肖恩·博迪

6

如果我们将您的问题概括为一点，不仅涵盖射频能量收集，而且涵盖一般的电磁能量收集，那么我们将一直这样做。

太阳本质上是一个电磁发射器，其功率输出约为4×10 ²⁶瓦。一个非常大的太阳能发电场的（峰值）输出为6×10 ⁸瓦。

从角度来看，如果您有8公斤的金，并且您去除了一个原子，那么该分数与从太阳获得的能量大致相同。

那是287,000美元的黄金，您能够收获一半的万亿分之一美分。

如果您带走了全世界所有的人，那么您收获的指甲饰物就相当于人类的价值。

当然，原因是因为大多数太阳的能量输出甚至没有撞击地球。

问题与射频能量收集大体相同。在全球所有发射器发射的所有RF能量中，只有很小的一部分会撞击您的天线。

— 菲尔·弗罗斯特
source

1

如果我（从记忆中）得到正确的数字，太阳每秒将4000吨重的物质转化为光，地球每秒将拦截2盎司的光子。60克

2

相关消息：听说长铁栅栏与电源线平行的农民可以“偷”耦合的50/60 Hz交流电。不知道这是真的，还是可以使用多少电力，但我猜想是一个很小的数目，但足以使电力公司注意到损失并开始寻找损失。在花了钱为计划购买所有电线之后，您可能会更好地购买太阳能电池板，风能或水磨机。在这种情况下，没有人会指责您从他们那里窃取钱财。

也许您可以尝试通过降雨等来收集重力能量？

不确定此答案是否足够完整，无法视为正确答案。但除此之外，我认为窃电更多是由高压和地产生的电容引起的，不一定是由它们产生的电磁干扰。

— Jarrod Christman 2015年

他们可以窃取其平行的两条导线，从而在第二秒内感应电子流-电磁。

@JarrodChristman：与另一条长线平行的长线实际上是一个变压器，因此它符合OP要求的情形，仅在“无线电”的ELF范围内。如果是电容效应，则可以使用大型金属板或盒子（例如谷仓）来完成这项工作。我从未听说过这样做。在这种情况下，必须有完整的电路...？

您是正确的，在进一步研究之后，归纳法最有意义。

— Jarrod Christman 2015年

3

“也许您可以尝试从降雨等中收集重力能量？” 我认为我们称之为水力发电厂。似乎工作得很好。也许可以在落水管的底部构造一个微型的。可能比这些RF方案之一产生更多的功率。

— tcrosley16年

1

有研究小组正在这样做：IEEE论文还有更多，但我对谷歌搜索感到厌倦。我记得一个文章\小组正在捕获无线能量来为微控制器供电。TI的某些MSP430可以以非常低的功率（uAmps）运行TI MSP430应用笔记，并可以使用非常小的太阳能电池或天线来运行。

— 电压峰值
source

1

这个问题与物理学和能量转换的效率有关。下图从[hemour2014towards]下的图表总结了频率工作：

简短的答案是，您必须驱动设备来捕获能量，并且由于制造的实际情况（例如设备失配），您会全线遭受损失。通过阅读以下内容，您可以找到有关RF能量收集问题的速成课程所需的一切：

@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}
}

我可以为您完成所有派生操作，但只要阅读这两份可用的文档即可。

— 德加南
source

1

哇，我们实际上可以收获以毫瓦为单位的功率！

— Tim Spriggs

1

@TimSpriggs物理是一个苛刻的情妇。:)

— b degnan '16

0

曾多次问过我类似的问题。看起来绝对没有价值。

以上所有评论都是正确的。我要补充一点，我们的技术产生的大部分RF辐射要么被地球，墙壁，人体等吸收，要么被太空吸收。在第一种情况下，它会引起某些物体的轻微加热。在第二种情况下，它会永远丢失。

唯一的例外是专门为功率传输而设计的RF系统或牢记此功能。但是，它们不能用于广播或通信。

您会看到一个明显的矛盾：广播假定RF能量自由地流向所有方向。“收集RF能量”假定某个系统收集了所有这些能量，因此最新的信息丢失了广播（或通信，WiFi连接等）。

— 主
source