새로운 파장 간섭 기술로 장거리 무선 충전 성능 향상

• 연구원들은 여유 공간을 통해 전력을 효율적으로 전달할 수 있는 독특한 시스템을 개발했습니다. 
• 이 시스템을 사용하면 전원 소켓에서 어느 정도 떨어진 곳에 있는 휴대전화를 무선으로 쉽게 충전할 수 있습니다. 
• 특정 진폭과 위상으로 신호를 전송하는 방식으로 작동합니다. 

우리 모두는 안테나가 정보와 전력 전송을 포함한 무선 기술에서 중요한 역할을 한다는 것을 알고 있습니다. 무선 통신 시스템은 잘 발달되어 있지만 무선 전력 전송은 아직 초기 단계이다.

우리가 시도하지 않은 것은 아닙니다. 공진기와 주변 요소의 기하학적 구조를 최적화하여 더 높은 효율로 전력을 전달하는 새로운 방법을 찾는 데 많은 연구가 이루어졌습니다. 실제로 우리는 최근 큰 진전을 이루었습니다.

국제 연구진이 전력 전송 효율을 높이고 장거리 무선 충전을 가능하게 하는 새로운 개념을 시연했습니다. 구현된다면 모든 휴대폰 가전 제품, 의료용 임플란트, 심지어 전기 자동차에도 도움이 될 것입니다.

그들은 어떻게 했나요?

(전선을 사용하지 않고) 전자기파를 통해 충분한 양의 에너지를 장거리에 전달하는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 연구자들은 간섭 메커니즘에 의해 제공되는 파동 임피던스의 로컬 제어에 의존하는 새로운 기술을 개발했습니다.

그들은 특정 위상과 진폭의 신호(뒤로 전파되는)와 아웃 커플링 도파관의 일관된 여기를 사용하여 수신 안테나의 효율성을 높이는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다. 신호는 수신단에서 최적의 파동 임피던스를 제공하는 고유한 간섭 패턴을 형성하여 여유 공간을 통해 전송되는 전력량을 최대화합니다.

무슨 뜻인가요? 

간단히 말해서, 무선 전력 전송의 주요 문제점 중 하나는 안테나가 방사선을 흡수하지 않고 실제로 충돌하는 방사선의 작은 부분을 방출한다는 것입니다. 이 두 과정은 일반적으로 짝지음 상수와 연관되어 있으며, 이 두 과정의 상수가 동일할 때 최대 에너지량이 전달됩니다.

이러한 결합 상수를 안정적으로 유지하기 위해 연구원들은 인덕터 및 커패시터를 포함하여 몇 가지 구성 가능한 회로 모듈을 통합했습니다. 또한 결합 상수의 불균형을 억제하기 위해 특정 진폭과 위상으로 신호를 전송했습니다. 또한 부하를 변경할 필요 없이 파동 전송을 향상시키도록 신호를 구성할 수도 있습니다.

시연

이미지 출처:Krasnok/텍사스 대학교

이미지는 전파(무선 주파수)를 방사하는 송신 안테나(오른쪽)를 보여줍니다. 수신단의 안테나는 동축 케이블을 통해 에너지(파란색 파동)를 배터리로 보냅니다. 회로에서 방출되는 적색파는 전달되는 에너지의 양을 최대화하는 방식으로 간섭합니다. 

팀은 전파 수치 시뮬레이션을 통해 이 원리를 증명하기 위한 이론적 모델을 개발했습니다. 그들은 40cm 거리에서 마이크로파 전력을 전송하기 위해 신호 발생기와 두 개의 안테나를 사용했습니다. 동축 케이블은 수신 안테나를 배터리와 같은 회로에 추가로 연결합니다.

그들은 그들의 기술이 결합 상수의 큰 차이에도 불구하고 최대 에너지 전달을 복원할 수 있음을 입증했습니다. 연구원들에 따르면, 이 기술은 급격하게 변화하는 환경에서 효율적인 무선 에너지 전송 시스템을 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

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그러나 무선 전력 전송 장치를 제조하는 회사인 Witricity는 이 개념의 이점이 아직 검증되지 않았다고 말합니다. 구현해 볼 가치가 있는지 아직 확신하지 못하고 있습니다.