A rectenna ( rec tificar hormiga Enna ) es un tipo especial de recibir la antena que se utiliza para la conversión electromagnética energía en corriente continua (DC) de electricidad . Se utilizan en sistemas de transmisión de energía inalámbricos que transmiten energía por ondas de radio . Un elemento de rectenna simple consiste en una antena dipolo con un diodo de RF conectado a través de los elementos dipolo. El diodo rectifica la CA inducida en la antena por las microondas, para producir energía CC, que alimenta una carga conectada a través del diodo.Los diodos Schottky se usan generalmente porque tienen la caída de voltaje más baja y la velocidad más alta y, por lo tanto, tienen las pérdidas de energía más bajas debido a la conducción y la conmutación. [1] Las rectennas grandes consisten en una serie de muchos de estos elementos dipolos.
Aplicaciones de transmisión de energía
La invención de la rectenna en la década de 1960 hizo factible la transmisión de energía inalámbrica a larga distancia . La rectenna fue inventada en 1964 y patentada en 1969 [2] por el ingeniero eléctrico estadounidense William C. Brown , quien lo demostró con un modelo de helicóptero propulsado por microondas transmitidas desde el suelo, recibido por una rectenna adjunta. [3] Desde la década de 1970, una de las principales motivaciones para la investigación de rectenna ha sido desarrollar una antena receptora para los satélites de energía solar propuestos , que recolectarían energía de la luz solar en el espacio con células solares y la enviarían a la Tierra como microondas a enormes rectenna. matrices. [4] Una aplicación militar propuesta es impulsar aviones de reconocimiento de drones con microondas emitidos desde el suelo, lo que les permite permanecer en el aire durante largos períodos.
En los últimos años, el interés se ha centrado en utilizar rectennas como fuentes de alimentación para pequeños dispositivos microelectrónicos inalámbricos. El uso actual más grande de rectennas es en etiquetas RFID , tarjetas de proximidad y tarjetas inteligentes sin contacto , que contienen un circuito integrado ( IC ) que es alimentado por un pequeño elemento de rectenna. Cuando el dispositivo se acerca a una unidad lectora electrónica, la rectenna recibe las ondas de radio del lector, lo que enciende el IC, que transmite sus datos al lector.
Rectennas de radiofrecuencia
El receptor de radio de cristal más simple , que emplea una antena y un diodo demodulador ( rectificador ), es en realidad un receptor, aunque descarta el componente de CC antes de enviar la señal a los auriculares . Las personas que viven cerca de transmisores de radio potentes ocasionalmente descubren que con una antena receptora larga, podrían obtener suficiente energía eléctrica para encender una bombilla. [5]
Sin embargo, este ejemplo usa solo una antena que tiene un área de captura limitada. Una rectenna utiliza múltiples antenas distribuidas en un área amplia para capturar más energía.
Los investigadores están experimentando con el uso de rectennas para alimentar sensores en áreas remotas y redes distribuidas de sensores, especialmente para aplicaciones de IoT . [6]
Las rectennas de RF se utilizan para varias formas de transferencia de energía inalámbrica . En el rango de microondas, los dispositivos experimentales han alcanzado una eficiencia de conversión de energía del 85-90%. [7] La eficiencia de conversión récord para una rectenna es del 90,6% para 2,45 GHz, [8] con una eficiencia más baja de alrededor del 82% alcanzada 5,82 GHz. [8]
Rectennas ópticas
En principio, se pueden utilizar dispositivos similares, reducidos a las proporciones que se utilizan en nanotecnología , para convertir la luz directamente en electricidad. Este tipo de dispositivo se llama rectenna óptica (o "nantenna"). [9] [10] Teóricamente, se pueden mantener altas eficiencias a medida que el dispositivo se contrae, pero hasta la fecha la eficiencia ha sido limitada, y hasta ahora no ha habido evidencia convincente de que se haya logrado la rectificación en frecuencias ópticas. La Universidad de Missouri informó anteriormente sobre el trabajo para desarrollar rectenas de frecuencia óptica de alta eficiencia y bajo costo. [11] Se investigaron otros dispositivos prototipo en una colaboración entre la Universidad de Connecticut y Penn State Altoona utilizando una subvención de la National Science Foundation . [12] Con el uso de la deposición de capas atómicas, se ha sugerido que eventualmente se podrían lograr eficiencias de conversión de energía solar en electricidad superiores al 70%.
La creación de una tecnología de rectenas ópticas exitosa tiene dos factores importantes que complican la situación:
- Fabricación de una antena lo suficientemente pequeña para acoplar longitudes de onda ópticas.
- Creando un diodo ultrarrápido capaz de rectificar las oscilaciones de alta frecuencia, a una frecuencia de ~ 500 THz.
A continuación se muestran algunos ejemplos de posibles caminos para crear diodos que serían lo suficientemente rápidos como para rectificar la radiación óptica y casi óptica.
Diodos geométricos
Un camino prometedor hacia la creación de estos diodos ultrarrápidos ha sido en forma de "diodos geométricos". [13] Se ha informado que los diodos geométricos de grafeno rectifican la radiación de terahercios . [14] En abril de 2020 se informó sobre diodos geométricos en nanocables de silicio . [15] Se demostró experimentalmente que los cables rectificaban hasta 40 GHz, pero eso estaba limitado por instrumentos y, en teoría, también podrían rectificar señales en la región THz.
Referencias
- ^ Guler, Ulkuhan; Sendi, Mohammad SE; Ghovanloo, Maysam (2017). "Un rectificador pasivo de modo dual para un flujo de potencia de entrada de amplio rango". 2017 IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS) . págs. 1376-1379. doi : 10.1109 / MWSCAS.2017.8053188 . ISBN 978-1-5090-6389-5. S2CID 31003912 .
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- ^ "76.09 - Bombilla de antena de luces de transmisor de radio" .
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- ^ Asha Sharma, Virendra Singh, Thomas L. Bougher, Baratunde A. Cola (9 de octubre de 2015). "Una rectenna óptica de nanotubos de carbono" . Nanotecnología de la naturaleza . 10 (12): 1027–1032. Código Bibliográfico : 2015NatNa..10.1027S . doi : 10.1038 / nnano.2015.220 . PMID 26414198 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
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enlaces externos
- La distinguida carrera de William C. Brown
- Zhang, Xu; Grajal, Jesús; Vázquez-Roy, José Luis; Radhakrishna, Ujwal; Wang, Xiaoxue; Chern, Winston; Zhou, Lin; Lin, Yuxuan; Shen, Pin-Chun; Ji, Xiang; Ling, Xi; Zubair, Ahmad; Zhang, Yuhao; Wang, Han; Dubey, Madan; Kong, Jing; Dresselhaus, Mildred ; Palacios, Tomás (2019). "Rectenna flexible bidimensional habilitada para MoS2 para la recolección de energía inalámbrica de banda Wi-Fi". Naturaleza . 566 (7744): 368–372. doi : 10.1038 / s41586-019-0892-1 . PMID 30692651 . S2CID 59307657 . Resumen de Lay - Science Daily (28 de enero de 2019).