Las plataformas de carga inalámbricas actuales utilizan principalmente inducción de corto alcance y son muy eficientes, pero solo pueden cargar cerca del dispositivo que se está cargando. Ahora, una nueva investigación muestra que al aprovechar las capacidades de supresión de radiación de las antenas de bucle, es posible cargar dispositivos no sólo a mayores distancias con más del 80% de eficiencia, sino también en una variedad de direcciones, allanando el camino para una nueva era de transferencia de energía inalámbrica adecuada para dispositivos que van desde dispositivos móviles hasta implantes biomédicos.
Tener en cuenta las pérdidas de radiación es crucial para una transmisión de energía inalámbrica eficiente a larga distancia. Los ingenieros de la Universidad de Aalto han desarrollado un método mejorado de carga inalámbrica a largas distancias. Al mejorar la interacción entre las antenas transmisoras y receptoras y explotar el fenómeno de la "supresión de radiación", profundizan nuestra comprensión teórica de la transferencia de energía inalámbrica más allá de los métodos inductivos tradicionales, un avance importante en este campo.
La carga a corta distancia, como la carga a través de una plataforma de inducción, que utiliza un campo magnético cercano para transmitir energía eléctrica, es muy eficiente, pero cuando la distancia es mayor, la eficiencia cae drásticamente. Una nueva investigación muestra que esta alta eficiencia se puede mantener a largas distancias suprimiendo la impedancia de radiación de la antena de cuadro que envía y recibe energía eléctrica.
Dos antenas de cuadro (radio: 3,6 cm) pueden transmitir energía entre sí a 18 cm de distancia. Fuente de la imagen: NamHa-Van/AaltoUniversity
Anteriormente, el laboratorio desarrolló un sistema de carga inalámbrico omnidireccional que puede cargar dispositivos en cualquier dirección. Ahora, han ampliado este trabajo con una nueva teoría de la dinámica de carga inalámbrica que analiza más de cerca las distancias y las condiciones de corto (no radiativo) y largo alcance (radiativo). En particular, demostraron que utilizando frecuencias óptimas en el rango de cientos de megahercios, se pueden lograr altas eficiencias de transmisión de más del 80% a distancias aproximadamente cinco veces el tamaño de la antena.
"Queríamos equilibrar la potencia de transmisión efectiva con las pérdidas de radiación, que siempre ocurren en distancias más largas", dijo el primer autor Nam Ha-Van, investigador postdoctoral en la Universidad de Aalto. "Resulta que cuando las corrientes en la antena de cuadro tienen amplitudes iguales y fases opuestas, podemos cancelar las pérdidas de radiación, aumentando así la eficiencia".
Los investigadores han creado un método que permite el análisis matemático o experimental de cualquier sistema de transmisión de energía inalámbrica. Esto permite una evaluación más completa de la eficiencia de la transmisión de energía a distancias cortas y largas que no había sido posible antes. Luego probaron cómo funciona la carga entre dos antenas de cuadro (ver figura) que están bastante alejadas en relación con su tamaño, identificando la supresión de la radiación como el mecanismo que ayuda a mejorar la eficiencia de la transmisión.
"Se trata de encontrar la mejor configuración para la transferencia inalámbrica de energía, tanto a cortas como a largas distancias", afirmó Ha-Van. "Con nuestro método, ahora podemos ampliar el alcance de transmisión más allá de los sistemas de carga inalámbrica tradicionales manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia. La transferencia de energía inalámbrica no sólo es importante para teléfonos y dispositivos, sino que los implantes biomédicos con capacidad de batería limitada también pueden beneficiarse de ella. La investigación de Ha-Van y sus colegas también puede tener en cuenta obstáculos como el tejido humano que puede dificultar la carga".