Las plataformas de carga inalámbricas actuales, que utilizan principalmente inducción en distancias cortas, han demostrado una alta eficiencia, pero solo cerca del dispositivo que se está cargando. Una nueva investigación ahora sugiere que al aprovechar el poder de supresión de radiación en las antenas de bucle, los dispositivos no solo pueden transportarse a distancias significativamente mayores con más del 80% de eficiencia, sino también en múltiples orientaciones, allanando el camino para una nueva era de transferencia de energía inalámbrica. aplicable a multitud de dispositivos, desde dispositivos móviles hasta implantes biomédicos.
Tener en cuenta la pérdida de radiación es esencial para una transmisión de energía inalámbrica eficiente a larga distancia.
Ingenieros de la Universidad de Aalto han desarrollado un método mejorado para la carga inalámbrica a larga distancia. Al mejorar la interacción entre las antenas transmisoras y receptoras y aprovechar el fenómeno de la «supresión de radiación», han profundizado nuestra comprensión teórica de la transferencia de energía inalámbrica más allá de los métodos inductivos tradicionales, un avance significativo en el campo.
Lograr eficiencia en distancias más largas
La carga en distancias cortas, como a través de placas de inducción, utiliza campos magnéticos cercanos para transferir energía con alta eficiencia, pero en distancias más largas la eficiencia cae drásticamente. Una nueva investigación muestra que esta alta eficiencia se puede mantener a largas distancias suprimiendo la resistencia a la radiación de las antenas de cuadro que envían y reciben energía.
Dos antenas de cuadro (radio: 3,6 centímetros) pueden transferir energía entre sí a una distancia de 18 centímetros. Crédito: Nam Ha-Van/Universidad Aalto
Anteriormente, el mismo laboratorio creó un sistema de carga inalámbrico omnidireccional que permitía cargar dispositivos en cualquier orientación. Ahora, han ampliado ese trabajo con una nueva teoría dinámica de carga inalámbrica que analiza más de cerca las distancias y condiciones cercanas (no radiativas) y lejanas (radiativas). En particular, muestran que se puede lograr una alta eficiencia de transferencia, superior al 80%, en distancias aproximadamente cinco veces mayores que el tamaño de la antena, utilizando la frecuencia óptima dentro del rango de cien megahercios.
«Queríamos equilibrar la transferencia efectiva de energía con la pérdida de radiación que siempre ocurre a distancias mayores», dice el autor principal Nam Ha-Van, investigador postdoctoral en la Universidad de Aalto. «Resulta que cuando las corrientes en las antenas de cuadro tienen amplitudes iguales y fases opuestas, podemos cancelar la pérdida de radiación, aumentando así la eficiencia».
Un enfoque universal para evaluar la transferencia de energía inalámbrica
Los investigadores han creado una forma de analizar cualquier sistema inalámbrico de transferencia de energía, ya sea matemática o experimentalmente. Esto permite una evaluación más completa de la eficiencia de la transferencia de energía tanto a distancias cercanas como lejanas, algo que no se había hecho antes. Luego probaron cómo funcionaba la carga entre dos antenas de cuadro (ver imagen) ubicadas a una distancia considerable en relación con sus tamaños, estableciendo que la supresión de la radiación es el mecanismo que ayuda a aumentar la eficiencia de la transferencia.
«Se trata de descubrir la configuración ideal para la transferencia inalámbrica de energía, ya sea cerca o lejos», dice Ha-Van. «Con nuestro enfoque, ahora podemos ampliar la distancia de transferencia más allá de los sistemas de carga inalámbrica convencionales manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia». La transferencia de energía inalámbrica no sólo es importante para teléfonos y dispositivos; Los implantes biomédicos con capacidad de batería limitada también pueden beneficiarse. La investigación de Ha-Van y sus colegas también puede explicar barreras como el tejido humano que pueden impedir la carga.
Referencia: “Transferencia de energía inalámbrica efectiva de rango medio con pérdida de radiación compensada” por N. Ha-Van, CR Simovski, FS Cuesta, P. Jayathurathnage y SA Tretyakov, 20 de julio de 2023, Physical Review Applied.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.014044
