Энергия из радиочастотных систем

Схемы выпрямителя радиочастотных волн играют огромную роль в получении соответствующего напряжения постоянного тока в приложениях беспроводной энергии, таких как мобильные источники питания и сборщики энергии из окружающей среды.

Рисунок 1

Для получения энергии максимальной мощности от источника радиочастотного сигнала, разработчики схем должны повторить процесс использования топологии выпрямления цепи и оптимизацию параметров элементов для каждой системы. Данный подход делает необходимым использовать расширенное цифровое моделирование и компьютерные ресурсы.

Поэтому Такаши Охира (Takashi Ohira) из компании Toyohashi Tech. описывает набор математических формул, которые могут охарактеризовать радиочастотные диодные выпрямители.

На рисунке 1 показан простой пример схемы сбора энергии. Электромагнитная энергия принимается антенной, выпрямляется диодом, сглаживается конденсатором, и поступает на нагрузку как напряжение постоянного тока. Первоначальная задача проектировщика схемы – сделать схему так, чтобы правильно согласовать сопротивление нагрузки. В результате этого поступающая радиочастотная энергия не отражается диодом, а полностью преобразовывается в напряжение постоянного тока. Данная проблема представлена в виде математической формулы на рисунке 2, которая рассматривается Такаши Охира. Применяя законы Кирхгоффа для нелинейного режима переключения диода, наложение циклически повторяющихся условий на форму кривой напряжения и принимая во внимание свойства непрерывности тока, Такаши Охира успешно получил трансцендентное уравнение с точки зрения угла прохождения тока диода. При решении данного уравнения Охира в конце концов получил выражение для выходного напряжения и тока.

Рисунок 2

Результирующие формулы для выходной мощности постоянного тока показывают, что коэффициент источник-сопротивление нагрузки является критическим параметром, который влияет на работу схемы в целом. Такаши Охира получил оптимальные согласующие условия источника-нагрузки для выпрямителей с полуволной для одного диода, полной волны для диодного моста, двойного напряжения для диодной пары и постоянного и переменного тока для диодной пары.

Формулы, указанные в данной работе, раскрывают очевидные перспективы для разработчиков схем в радиочастотных устройствах. Данный подход более лучший и дальновидный, чем исследование решений на основе повторяющихся нелинейных временных интервалов или симулирующих устройств гармонического баланса. Настоящая теория прокладывает путь к передаче беспроводной энергии для запуска электромобилей, подзарядке через воздух электрических планеров, и даже подводных загрузочных станций для подводных лодок с электрическим приводом.

Источник новости