ऊर्जा कनवर्टर के लिए आदर्श वाईफाई विशेष रूप से कुशल नहीं होगा

वाईफ़ाई से ऊर्जा कनवर्टर अनुपयोगी है, लेकिन फिर भी भविष्य के लिए ऊर्जा का एक स्रोत हो सकता है

मैं ऊर्जा दक्षता पर थोड़ा मुड़ा हूं। मैं इस तथ्य से निराश हूं कि मेरे घर का निर्माण करने वाले बेवकूफों ने निर्माण के समय उपलब्ध नवीनतम जानकारी का उपयोग नहीं किया - क्योंकि तब मेरे घर को शायद ही कभी हीटिंग की आवश्यकता होगी। और मेरे लिए सबसे दिलचस्प चीजों में से एक है जारी ऊर्जा का पुन: उपयोग करने की संभावना। मुझे ऊर्जा एकत्रित करने का विचार पसंद है, जो अन्यथा केवल पर्यावरण में फैलने के लिए बर्बाद है, और इसे कुछ उपयोगी में बदल देता है।

इसलिए, माइक्रोवेव ऊर्जा के पुन: उपयोग का कार्य मेरे द्वारा पारित नहीं किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, वाईफाई विकिरण का संग्रह हमें कुछ भी उपयोगी देने की संभावना नहीं है। लेकिन पहले, आइए इस उपकरण के पीछे बहुत दिलचस्प विचारों को देखें।

परावर्तन की समाप्ति

वाईफ़ाई विकिरण को इकट्ठा करने का मूल विचार काफी पुराना है: आपको बस एक सर्किट बनाने की ज़रूरत है जो सभी माइक्रोवेव ऊर्जा को अवशोषित करता है। एक कृत्रिम उदाहरण लें: समाक्षीय केबल के एक टुकड़े के माध्यम से यात्रा करने वाले माइक्रोवेव पल्स की कल्पना करें। एक समाक्षीय केबल में एक केंद्रीय प्रवाहकीय तार होता है जो गैर-प्रवाहकीय ढांकता हुआ के सिलेंडर से घिरा होता है, और यह सब एक कंडक्टर में लिपटा होता है। केंद्र की तार के माध्यम से माइक्रोवेव ऊर्जा का संचार नहीं होता है। यह एक ढांकता हुआ में बिजली और चुंबकीय क्षेत्र में स्थित है। वे केबल की तरह तरंगों के माध्यम से प्रचार करते हैं, गति के आधार पर, विशेष रूप से, ढांकता हुआ के गुणों पर।

जब लहर केबल के अंत तक पहुंचती है, तो यह एक समस्या है। हवा और ढांकता हुआ के बीच की सीमा पर, उसे तुरंत एक गति से दूसरी गति में जाने की आवश्यकता है। यदि केबल के अंत से माइक्रोवेव की सभी ऊर्जा प्रसारित की जाती थी, तो उसी स्थान पर विद्युत क्षेत्र में दो अलग-अलग मूल्य होंगे, लेकिन ऐसा नहीं होता है। इसलिए, लहर अंत से परिलक्षित होती है और केबल के माध्यम से लौटती है (प्रक्रिया में, शायद ट्रांसमीटर को नष्ट कर रही है)।

यदि हम ऊर्जा को परावर्तित नहीं करना चाहते हैं, तो हमें केबल को सीमित करने की आवश्यकता है ताकि माइक्रोवेव के दृष्टिकोण से, केबल ऐसा दिखता है जैसे कि यह अंतहीन रूप से फैलता है। इस अवधारणा को "मिलान" कहा जाता है, और माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी और भौतिकी और इंजीनियरिंग में सिद्धांत के विकास में आधारशिला है।

एक समाक्षीय केबल के मामले में, ढांकता हुआ आमतौर पर चुना जाता है ताकि 50 ओम रोकनेवाला केबल गुणों से मेल खाता हो। इसलिए यदि मैं बाहरी प्रवाहकीय कोटिंग और केंद्र केबल के बीच 50 ओम अवरोधक रखता हूं, तो माइक्रोवेव की सभी ऊर्जा रोकनेवाला द्वारा अवशोषित हो जाएगी।

एक समाक्षीय केबल या सामान्य रूप से किसी भी ट्रांसमिशन लाइन के लिए, विद्युत सर्किटों का विकास जो लाइन के गुणों के अनुरूप हैं, एक सरल कार्य है। आपके मोबाइल फोन के एंटीना में बस एक ऐसी स्कीम होती है: एंटीना और उसके टर्मिनल सर्किट को एक-दूसरे से मेल खाना चाहिए और जितना संभव हो सके अंतरिक्ष में प्रसार के गुणों का मिलान करना चाहिए। अच्छे संरेखण का अर्थ है कि बहुत सारे विकिरण को अवशोषित करने के लिए एक छोटे एंटीना की क्षमता।

वाईफाई की हानि

वाईफाई के लिए प्रतिबंध रिसीवर के लिए समान हैं। लेकिन इसकी ऊर्जा केवल प्राप्त एंटीना तक नहीं जाती है, यह बहुत व्यापक रूप से फैलती है। इसका मतलब यह है कि इसका अधिकांश हिस्सा गायब हो जाता है। यदि हम पूरे क्षेत्र में सही एंटेना रखते हैं, तो हम इस ऊर्जा को पुनः प्राप्त कर सकते हैं। लेकिन यह पता चला है कि यह एक कठिन काम है।

सबसे पहले, ऐसे रिसीवर्स को घर या अपार्टमेंट की दीवारों में बनाना होगा। इसका मतलब है कि, उपकरणों पर एंटेना के विपरीत, उन्हें इष्टतम रिसेप्शन के लिए ट्यून नहीं किया जा सकता है। वाईफाई सिग्नल सभी दिशाओं से आते हैं, और कोई ध्रुवीकरण हो सकता है (तरंग प्रसार की दिशा के सापेक्ष विद्युत क्षेत्र का स्थानिक अभिविन्यास)। एंटेना दिशा और ध्रुवीकरण दोनों के प्रति संवेदनशील हैं।

फिर, ऊर्जा बहुत अधिक धब्बा है। स्रोत के पास, लगभग 10 mW ऊर्जा उत्सर्जित होती है। लेकिन अगर आप 10 मीटर चलते हैं, तो आपके शरीर से गुजरने वाली ऊर्जा घटकर 10-20 μW हो जाएगी। घाटा जमा हो जाता है। दूरी एक समस्या है, और यदि आपका एंटीना केवल एक ध्रुवीकरण के लिए तैयार है, तो आप पहले से ही आधी ऊर्जा खो देंगे। एक सर्किट में सभी नुकसानों को जोड़ें जो ऊर्जा एकत्र करता है और इसे प्रत्यक्ष वर्तमान में परिवर्तित करता है। यह सब बहुत जटिल लगने लगता है।

मेटा एंटेना का निर्माण

ऐसी समस्याओं को दरकिनार करने के लिए, तीन शोधकर्ताओं ने इन नुकसानों को कम करने के लिए एक एंटीना नेटवर्क का प्रस्ताव रखा।

पहले आपको ध्रुवीकरण पर निर्भरता को खत्म करने की आवश्यकता है। उन्होंने एक सपाट एंटीना विकसित करके यह दृष्टिकोण किया, जो माइक्रोवेव के ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज ध्रुवीकरण दोनों के लिए अनुकूल रूप से प्रतिक्रिया करता है। यद्यपि एंटेना दोनों ध्रुवीकरणों का जवाब देता है, लेकिन ऐन्टेना को बाकी सर्किट से जोड़ने वाले तार का भौतिक स्थान निर्धारित करता है कि कौन सा ध्रुवीकरण ऊर्जा उत्पन्न करता है। किनारे पर तारों वाले एंटीना क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं, और शीर्ष पर तारों के साथ एंटेना खड़ी ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं [ लेखक का कहना है कि प्रकाश - प्रकाश। शायद वह गलत था और इसका मतलब सिर्फ रेडियो तरंगों / लगभग था। ट्रांस। ]।

मैं स्पष्ट करूंगा कि कनेक्टिंग तारों को भी एंटेना माना जा सकता है जिसके द्वारा प्राप्त फ्लैट ऐन्टेना प्राप्त ऊर्जा को फिर से विकीर्ण करता है।

इस सिद्धांत पर एक ऊर्जा-संग्रह उपकरण बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एंटेना की एक सरणी बनाई। एंटेना के विषम स्तंभों को लंबवत ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने के लिए ट्यून किया गया था, और यहां तक ​​कि क्षैतिज रूप से कॉलम भी।

यह आपको लग सकता है कि यह सब बेवकूफी है, क्योंकि प्रत्येक ध्रुवीकरण के साथ आप आधी ऊर्जा खो देते हैं। इस मामले में नहीं। सभी एंटेना एक दूसरे के साथ संवाद करते हैं। शीर्ष पर तारों के साथ एंटेना का स्तंभ अभी भी दोनों ध्रुवीकरणों को स्वीकार करता है। ऊर्ध्वाधर रूप से ध्रुवीकृत माइक्रोवेव प्रत्येक एंटीना के ऊपर स्थित तारों को प्रेषित होते हैं। क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत माइक्रोवेव आसन्न कॉलम में एंटेना में प्रेषित होते हैं, जहां वे प्रत्येक एंटीना के किनारे स्थित तारों में प्रवेश करते हैं। सही सर्किट्री के साथ, सभी ऊर्जा को कनवर्टर सर्किट में स्थानांतरित किया जा सकता है।

तो ऐन्टेना एक सामग्री पर स्थित धातु प्लेटों के एक जाली जैसा दिखता है जो वर्तमान का संचालन नहीं करता है। और, हमारे उदाहरण के रूप में, समाक्षीय केबल, ऐन्टेना द्वारा एकत्रित ऊर्जा को ढांकता हुआ क्षेत्रों में संग्रहीत किया जाता है। इसका मतलब है कि हमें एक ढांकता हुआ चाहिए जो कम से कम ऊर्जा को अवशोषित करता है। एक ढांकता हुआ द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा को अक्सर नुकसान स्पर्शरेखा कहा जाता है। शोधकर्ताओं ने उन सामग्रियों को खोजा और पाया जिनके बारे में आमतौर पर मुद्रित सर्किट बोर्डों में उपयोग किए जाने वाले की तुलना में लगभग 100 गुना कम नुकसान होता है।

मेरी मॉडल वास्तविकता से बाहर रखें

मॉडल में, निश्चित रूप से, ऐन्टेना सरणी 100% वाईफाई विकिरण ऊर्जा (अधिक सटीक, 2.4 गीगाहर्ट्ज वाईफाई) को अवशोषित करती है। लेकिन व्यवहार में यह कैसे काम करता है? यहां सब कुछ थोड़ा जटिल है। यदि आप सीधे कनेक्टिंग तारों में आने वाली ऊर्जा को मापते हैं, तो आप लगभग 97% ट्रांसमिशन प्राप्त कर सकते हैं, जो मूल रूप से शांत है।

लेकिन हम इस ऊर्जा का उपयोग करना चाहते हैं, और यहां सब कुछ खराब हो जाता है। यदि आप सीधे तार को लोड प्रतिरोध से जोड़ते हैं (और वाईफाई ऊर्जा को गर्मी में बदल देते हैं), तो सब कुछ ठीक काम करता है और 92% विकिरण प्रतिरोध द्वारा अवशोषित होता है। प्रतिरोधों को ऊर्जा के हस्तांतरण के दौरान ढांकता हुआ में अवशोषण के कारण 5% का नुकसान होता है।

वास्तविक नुकसान तब शुरू होते हैं जब माइक्रोवेव को प्रयोग करने योग्य विद्युत डीसी संकेतों में बदल दिया जाता है। यहां तक ​​कि मॉडल में भी यह 80% से अधिक नहीं निकला है। प्रयोगों में, शोधकर्ता परिणाम को 70% तक लाने में कामयाब रहे। मैं इस बार would०% सहमत हूँ, लेकिन इस बार नहीं। समस्या यह है कि 70% दक्षता केवल प्राथमिक सिग्नल की पर्याप्त उच्च शक्ति के साथ प्राप्त की जाती है। शोधकर्ताओं ने इस संकेत को ऊर्जाओं के साथ परीक्षण किया (और यह कुल ऊर्जा है जो एंटीना सरणी में प्रवेश करती है, और 1 से 10 mW तक मूल रूप से उत्सर्जित नहीं)। 1 mW के मामले में, रूपांतरण दक्षता 30% थी। रैखिक निर्भरता (एक लघुगणक पैमाने पर) से पता चलता है कि अगर वास्तविक दुनिया में 100 mW की क्षमता वाला एक ट्रांसमीटर एंटीना से 10 मीटर की दूरी पर स्थित है, तो एंटीना को माइक्रोवेव के आदेश की ऊर्जा प्राप्त होगी। और यह 5% की रूपांतरण दक्षता से मेल खाती है, जो बहुत अच्छा नहीं है।

शोधकर्ताओं का कहना है कि समस्या ऊर्जा रूपांतरण नेटवर्क में निहित है। जब माइक्रोवेव ऊर्जा को उस स्थान पर स्थानांतरित किया जाता है जहां इसे प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित किया जाता है, तो नुकसान होता है। डायोड पर भी अधिक नुकसान होता है। डायोड वर्तमान को एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देते हैं, इसलिए डायोड का नेटवर्क एक दोलन माइक्रोवेव क्षेत्र ले सकता है, जहां वोल्टेज नकारात्मक से सकारात्मक हर कुछ नैनोसेकंड में बदलता है, और एक सकारात्मक वोल्टेज का उत्पादन करता है।

लेकिन डायोड आदर्श नहीं हैं - उन्हें स्विच करने के लिए समय की आवश्यकता होती है, इससे पहले कि वे प्रवाह करने की अनुमति देते हैं, उन्हें एक निश्चित मूल्य तक पहुंचने के लिए लागू वोल्टेज की आवश्यकता होती है। नतीजतन, माइक्रोवेव की ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा परिवर्तित नहीं होता है, लेकिन गर्मी के रूप में खो जाता है, क्योंकि यह वांछित स्तर तक नहीं पहुंचता है।

मुझे यकीन है कि डायोड के संचालन की यह समस्या मौलिक है, और यद्यपि ये नुकसान थोड़े कम हो सकते हैं, लेकिन मुझे नहीं लगता है कि निकट भविष्य में हम अधिक कुशल डायोड के परिमाण का क्रम बना पाएंगे। दूसरी ओर, मुझे लगता है कि लेखक स्पष्ट कर सकते हैं कि यह वास्तव में इतना महत्वपूर्ण नहीं है। एक बार जब सभी एंटेना एक-दूसरे से जुड़े होते हैं, तो उनकी सरणी को बड़ा किया जा सकता है, और प्राप्त ऊर्जा की कुल मात्रा शिखर दक्षता हासिल करने के लिए पर्याप्त बड़ी हो जाएगी।

लेकिन मुझे यकीन नहीं है कि यह काम करेगा। 10 मीटर की दूरी पर, एंटीना सरणी को कमरे की पूरी दीवार को कवर करना चाहिए। दुर्भाग्य से, तब अन्य समस्याएं लागू होती हैं। वर्तमान में, व्यक्तिगत एंटेना से डायोड तक ऊर्जा के हस्तांतरण से हमें कुल ऊर्जा का लगभग 5% खर्च होता है। लेकिन नुकसान दूरी के साथ होता है। वास्तविक दुनिया में, जहां एंटेना दीवार के पार होते हैं, दूरियां लगभग 40 गुना बढ़ जाती हैं।

नतीजतन, ऐन्टेना सर्किट शांत हो गया। इसका लाभ यह है कि यह वाईफाई ट्रांसमीटर और हस्तक्षेप के संबंध में अभिविन्यास की परवाह किए बिना काम करता है। लेकिन एंटीना को अपूर्ण घटकों के साथ जोड़ा जाना है, और इस वजह से यह कल्पना करना बहुत मुश्किल है कि इसे वास्तविकता में कैसे काम किया जाए।

मुझे मेरा आधा वॉट वापस दे दो

और अगर हम यह कर सके, तो क्या यह इसके लायक होगा? "हाँ," मेरा दिमाग सोचता है, ऊर्जा दक्षता के साथ व्यस्त, "बिल्कुल"। लेकिन कैफीन के साथ मेरे मस्तिष्क के बाकी हिस्सों के लंबे इलाज के बाद, विचार इतना सार्थक नहीं लग रहा है।

मेरे बेस स्टेशनों की विशिष्टताओं के अनुसार, ट्रांसमीटर ऊर्जा 100-200 mW प्रति चैनल से आगे नहीं जाती है। मेरे पास एक दो-चैनल और एक तीन-चैनल स्टेशन है, जो 800 mW की अधिकतम कुल शक्ति देता है। मेरे बिजली के बिल के अनुसार प्रति माह 0.02 kWh निकलता है। मेरे जुड़े उपकरणों द्वारा अवशोषित ऊर्जा की उपेक्षा की जा सकती है। मेरा कंप्यूटर -54 dBm की एक सिग्नल स्ट्रेंथ की रिपोर्ट करता है, जो 4 μW से थोड़ा कम मूल्य से मेल खाती है। मान लें कि वाईफाई पर संचारित सभी ऊर्जा कैप्चर के लिए उपलब्ध है।

इसका मतलब यह है कि मेरे बेस स्टेशनों द्वारा उत्सर्जित माइक्रोवेव विकिरण की ऊर्जा पर कब्जा करने से मुझे साल में लगभग दो डॉलर की बचत होगी। दूसरे शब्दों में, मैं अपने कुल मासिक बिजली बिल से 0.02 kWh निकालूंगा, जो सर्दियों में 19 kWh तक चलता है।

इसका मतलब यह नहीं है कि यह सब पूरी तरह से व्यर्थ है। यह विचार वायरलेस ऊर्जा को संचारित करने के लिए मूल्यवान हो सकता है। माइक्रोवेव को काफी छोटे क्षेत्र पर केंद्रित किया जा सकता है। कुछ निश्चित गणनाओं के साथ, ट्रांसमीटर ज्यादातर स्थितियों में एक छोटे लक्ष्य क्षेत्र में ऊर्जा को कुशलता से स्थानांतरित करने के लिए अधिकांश स्थितियों में मल्टीपाथ हस्तक्षेप का उपयोग कर सकता है, जिससे आसपास के अंतरिक्ष में अन्य सभी स्थानों में ऊर्जा घनत्व अपेक्षाकृत कम हो जाता है (ताकि किसी को बीम के माध्यम से 100 वाट पास न करना पड़े)। ऐसी परिस्थितियों में, एक अत्यंत लचीला और कुशल ऐन्टेना प्रणाली लागू करने के लिए बहुत सरल हो जाती है। स्वीकार्य रूपांतरण दक्षता के साथ, हम में से अधिकांश इसे पसंद करेंगे।

एक अन्य उपयोग मामला बेहतर वाईफाई नेटवर्क बनाने का है। आज के नेटवर्क की अधिकांश समस्याएं हस्तक्षेप, या आपके वाईफाई ट्रांसमीटर के बहुपक्षीय हस्तक्षेप, या पड़ोसियों से चैनलों के लिए संघर्ष से आती हैं। इस स्थिति को ठीक करने के लिए, घर के रणनीतिक स्थानों में ऐसे एंटेना (रूपांतरण सर्किट के बिना) की व्यवस्था करना संभव होगा ताकि वे हस्तक्षेप का हिस्सा अवरुद्ध कर दें। उन्हें एल्यूमीनियम पन्नी की एक शीट पर एक फायदा होगा कि उनकी कार्रवाई का प्रभावी क्षेत्र उनके भौतिक आकार से अधिक है। कुछ शर्तों के तहत, कुछ वर्ग मीटर की पन्नी को एक छोटे एंटीना द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

क्या ऐसे उदाहरणों के एक जोड़े को इस तरह की प्रणाली विकसित करने के लिए पर्याप्त है? यकीन नहीं होता। फिर भी, मुझे यकीन है कि इस तरह की ऐन्टेना योजना निश्चित रूप से किसी भी उपकरण में दिखाई देगी।