무선 전력 전송

무선 전력 전송 (WPT), 무선 전력 전송, 무선 에너지 전송 (WET) 또는 전자기 전력 전송은 전선을 물리적 링크로 사용하지 않고 전기 에너지를 전송합니다. 무선 전력 전송 시스템에서, 전력 원으로부터의 전력에 의해 구동되는 송신기 장치는 시간에 따라 변하는 전자기장을 발생 시키며, 상기 전자기장은 공간을 가로 질러 전력을 수신 장치로 전송하며, 수신 장치는 현장에서 전력을 추출하여 전기 하중.무선 전력 전송은 상호 연결 와이어가 불편하거나 위험하거나 불가능한 전기 장치에 전원을 공급할 때 유용합니다.

무선 전력 기술은 주로 비 – 방사성 및 방사성 – 두 가지 범주로 분류됩니다. 근거리 장 또는 비방 사 기술에서 전력은 와이어 코일 사이의 유도 결합을 사용하는 자기장 또는 금속 전극 사이의 용량 성 결합을 사용하는 전기장에 의해 짧은 거리에서 전송됩니다. 유도 결합은 가장 널리 사용되는 무선 기술입니다. 그것의 신청은 인공 심장 맥박 조정기 또는 전기 자동차와 같은 이식 할 수있는 의료 기기에있는 전화 및 전동 칫솔, RFID 꼬리표 및 무선으로 위탁하거나 지속적인 무선 힘 전송 같이 소형 장치를 위탁하는 포함한다.

원거리 (far-field) 또는 복사 방식 (radiative) 기술 (전력 빔 (power beaming)이라고도 함)에서는 전력이 마이크로파 또는 레이저 빔과 같은 전자기 복사선에 의해 전송됩니다. 이 기술들은 에너지를 장거리 전송할 수 있지만 수신자를 겨냥해야합니다. 이 유형의 제안 된 응용 프로그램은 태양 광 위성 및 무선 동력 항공기입니다.

모든 무선 전력 시스템과 관련된 중요한 문제는 잠재적으로 유해한 전자기장에 사람과 다른 생물체가 노출되는 것을 제한하는 것입니다.

필드 영역
전기장과 자기장은 전자와 같은 물질에 대전 된 입자에 의해 생성됩니다. 고정 된 전하는 주위의 공간에 정전기 장을 생성합니다. 일정한 전하 (직류, 직류)는 주위에 정적 자기장을 생성합니다. 위의 필드는 에너지를 포함하지만 정전기 때문에 전력을 전달할 수 없습니다. 그러나 시간에 따라 변화하는 필드는 힘을 전달할 수 있습니다. 전선에서 전자의 교류 (AC)에서 발견되는 것과 같은 전하를 가속 시키면 주변의 공간에 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장이 생성됩니다. 이러한 필드는 수신하는 “안테나”의 전자에 진동하는 힘을 가할 수있어 앞뒤로 움직입니다. 이것은 부하에 전력을 공급하는 데 사용할 수있는 교류 전류를 나타냅니다.

안테나 장치에서 이동하는 전하를 둘러싼 진동 전기장과 자기장은 안테나로부터의 거리 D 범위 에 따라 두 영역으로 나눌 수 있습니다. 영역 사이의 경계는 다소 모호하게 정의됩니다. 필드는이 지역에서 다른 특성을 가지며 전력을 전송하는 데 다른 기술이 사용됩니다.

근접 장 또는 비 방사성 영역 – 안테나의 약 1 파장 (λ) 이내의 영역을 의미합니다. 이 영역에서 진동 전기장과 자기장은 분리되어 있으며 전력은 금속 전극 사이의 용량 성 결합 (정전 유도) 또는 전선 코일 사이의 유도 결합 (전자 유도)에 의한 자기장을 통해 전기장을 통해 전달 될 수 있습니다. 이 필드는 방사능이 아니므로 에너지가 송신기의 근거리에 머물러 있음을 의미합니다. 제한된 범위 내에 수신 장치 나 흡착 물질이 없으면 송신기에서 나가지 않습니다. 이 필드의 범위는 짧으며 일반적으로 와이어 코일 인 “안테나”장치의 크기와 모양에 따라 다릅니다. 필드와 전달 된 전력은 거리에 따라 기하 급수적으로 감소하기 때문에 두 개의 “안테나” D 범위 사이의 거리가 “안테나”직경보다 훨씬 큰 경우에는 거의 전력이 수신되지 않습니다. 따라서 이러한 기술은 장거리 전력 전송에 사용할 수 없습니다.

공진 유도 커플 링과 같은 공진은 안테나 간의 커플 링을 크게 증가시켜 필드가 여전히 기하 급수적으로 감소하지만 다소 먼 거리에서도 효율적인 전송을 가능하게합니다. 따라서 근거리 장 기기의 범위는 일반적으로 두 가지 범주로 나뉩니다.

단거리 – 최대 약 하나의 안테나 직경 : D 범위 ≤ D 개미 . 이것은 일반적인 비 공진 용량 성 또는 유도 성 커플 링이 실제 전력량을 전송할 수있는 범위입니다.

미드 레인지 – 안테나 직경의 10 배까지 : D range ≤ 10 D ant . 이것은 공진 용량 성 또는 유도 성 커플 링이 실용적인 양의 전력을 전송할 수있는 범위입니다.

원거리 또는 방사 영역 – 안테나의 약 1 파장 (λ) 이상에서 전기장과 자기장은 서로 수직이며 전자기파로 전파됩니다. 예를 들면 전파, 전자 레인지 또는 광파가 있습니다. 에너지의이 부분은 방사성입니다. 방사능을 흡수하는 수신기가 있는지 여부에 상관없이 안테나를 떠납니다. 수신 안테나에 부딪치지 않는 에너지 부분은 소산되어 시스템에 손실됩니다. 안테나에 의해 전자기파로 방사되는 전력의 양은 주파수 λ = c / f에 의해 결정되는 파장 λ의 파장에 대한 안테나 크기 Dant의 비율에 따라 달라집니다. 안테나가 파도의 크기보다 훨씬 작은 저주파에서, D ant << λ, 매우 적은 전력이 방사된다. 따라서 낮은 주파수를 사용하는 위의 근접장 장치는 전자기 복사로 거의 에너지를 방사하지 않습니다. 단극 또는 쌍극 안테나와 같이 파장 D ant ≈ λ와 같은 크기의 안테나는 효율적으로 전력을 방출하지만 전자기파는 전 방향으로 (무 지향성으로) 방사되기 때문에 수신 안테나가 멀리 떨어져 있으면 극소량의 방사선이 맞을거야. 그러므로, 이들은 단거리, 비효율적 인 동력 전달에 사용될 수 있지만 장거리 전송에는 사용될 수 없다.

그러나, 필드와는 달리, 전자기 방사선은 반사 또는 굴절에 의해 빔으로 포커싱 될 수있다. 수신기에 겨냥 된 좁은 빔에 방사선을 집중시키는 고 이득 안테나 또는 광학 시스템을 사용하여 장거리 전력 전송에 사용될 수 있습니다. Rayleigh 기준에서 멀리 떨어진 수신기에 상당한 양의 에너지를 집중시키는 데 필요한 좁은 빔을 생성하려면 안테나는 사용되는 파도의 파장보다 훨씬 커야합니다. D ant >> λ = c / f. 실용적인 빔 파워 디바이스는 마이크로 웨이브 범위 이상에서 1GHz 이상의 주파수에 해당하는 센티미터 영역 또는 그 이하의 파장을 필요로합니다.

근거리 (비 방사성) 기법
큰 상대 거리에서, 전기장 및 자기장의 근거리 장 구성 요소는 대략 준 정적 진동 쌍극자 장입니다. 이 필드는 거리의 큐브에 따라 감소합니다. ( D range / D ant ) -3 전력은 전계 강도의 제곱에 비례하므로 전달되는 전력은 ( D range / D ant ) -6만큼 감소합니다. 또는 10dB 당 60dB. 다시 말해, 두 안테나 사이의 거리를 두 배로 늘리면 수신 된 전력이 2 6 = 64만큼 감소합니다. 결과적으로 유도 및 용량 성 결합은 단거리 전력 전송에만 사용할 수 있습니다. 안테나 장치 ( D ant) 의 직경의 몇 배. 다이폴 안테나가 전파 방향에 대해 횡 방향으로 배향 될 때 최대 방사가 발생하는 방사 시스템과는 달리, 다이폴 안테나 필드는 다이폴 안테나가 종 방향으로 향할 때 최대 결합이 발생합니다.

유도 결합
유도 결합 (전자기 유도 또는 유도 전력 전달, IPT)에서, 전력은 자기장에 의해 와이어 코일 사이에서 전달된다. 트랜스미터와 리시버 코일은 함께 변압기를 구성합니다 (그림 참조). 송신기 코일 (L1)을 통한 교류 (AC)는 암페어의 법칙에 의해 진동 자기장 (B)을 생성합니다. 자기장은 수신 코일 (L2)을 통과하여 파 라데이의 유도 법칙에 의해 교류 EMF (전압)를 유도하여 수신기에 교류 전류를 생성합니다.유도 된 교류는 직접 부하를 구동하거나 부하를 구동하는 수신기의 정류기에 의해 직류로 정류 될 수 있습니다. 전동 칫솔 충전 스탠드와 같은 일부 시스템은 50/60 Hz에서 작동하므로 AC 주전원 전류가 송신기 코일에 직접 적용되지만 대부분의 시스템에서 전자 오실레이터는 코일을 구동하는 고주파 AC 전류를 생성합니다. 이는 전송 효율 주파수와 함께 향상됩니다.

인덕 티브 커플 링 (Inductive Coupling)은 가장 오래되고 광범위하게 사용되는 무선 전력 기술이며 상용 제품에 사용되는 유일한 기술입니다. 감전 위험을 줄이기 위해 전동 칫솔 및 면도기와 같은 습기가 많은 환경에서 사용되는 무선 기기 용 유도 충전기에 사용됩니다. 또 다른 응용 분야는 전선이 피부를 통과하는 것을 피하기 위해 심장 박동기 및 인슐린 펌프와 같이 인체에 이식 된 생의학 보철 장치를 “경피적으로”재충전하는 것입니다. 또한 자동차와 같은 전기 자동차를 충전하고 버스 나 기차와 같은 충전 또는 전력 전달 차량을 충전하는 데 사용됩니다.
그러나 노트북 및 태블릿 컴퓨터, 휴대폰, 디지털 미디어 플레이어 및 비디오 게임 컨트롤러와 같은 모바일 및 핸드 헬드 무선 장치를 충전하기위한 무선 충전 패드가 가장 빠르게 사용됩니다.

전달되는 전력은 주파수와 상호 인덕턴스에 따라 증가합니다  코일들 사이의 형상과 거리에 따라 달라진다.  그들 사이에. 널리 사용되는 성능 지수는 커플 링 계수  . 이 무 차원 파라미터는 송신기 코일을 통과하는 자속의 비율  수신기 코일을 통과하는  L2가 개방 회로 일 때. 두 개의 코일이 같은 축에 있고 함께 닫혀 있으면 모든 자속이  통과하다  ,  링크 효율성은 100 %에 근접합니다. 코일들 사이의 간격이 클수록, 제 1 코일로부터의 자기장의 더 많은 부분이 제 2 코일로부터 손실되고, 하부  링크 효율은 큰 분리에서 0에 접근합니다. 전송되는 링크 효율 및 전력은 대략 다음과 같습니다.  . 고효율을 달성하기 위해, 코일은 서로 가깝게 있어야하며, 코일 직경의 일부  , 일반적으로 센티미터 단위로 코일의 축을 정렬합니다. 커플 링을 증가시키기 위해 넓고 평평한 코일 모양이 일반적으로 사용됩니다. 페라이트 “자속 한정 (flux confinement)”코어는 자기장을 제한하여 커플 링을 개선하고 주변 전자 장치에 대한 간섭을 감소시킬 수 있지만 무겁고 부피가 크므로 소형 무선 장치는 종종 공심 코일을 사용합니다.

보통의 인덕 티브 커플 링은 코일이 서로 가깝게 인접 해있을 때만 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 최신의 유도 시스템에서는 공진 회로를 사용하여 효율을 높인 공진 유도 커플 링이 사용됩니다. 이는 비 공진 유도 결합보다 더 먼 거리에서 높은 효율을 달성 할 수 있습니다.

공진 유도 커플 링
공진 유도 커플 링 (전기 동적 커플 링, 강 결합 자기 공명)은 전력이 트랜스미터와 리시버의 두 공진 회로 (튜닝 된 회로) 사이의 자기장 (B, 녹색)에 의해 전달되는 유도 커플 링의 한 형태입니다 다이어그램 참조, 오른쪽). 각 공진 회로는 커패시터에 연결된 와이어 코일 또는 내부 커패시턴스가있는 자체 공진 코일 또는 다른 공진기로 구성됩니다. 두 개는 동일한 공진 주파수에서 공진하도록 조정됩니다. 코일 사이의 공진은 커플 링과 동력 전달을 크게 증가시킬 수 있는데, 진동 음차가 같은 피치로 튜닝 된 먼 포크에서 교감 진동을 유도 할 수있는 것과 유사합니다.

Nikola Tesla는 20 세기 초 무선 전력 전송에서의 선구자적인 실험을 통해 공진 결합을 처음 발견했지만 전송 범위를 늘리기 위해 공진 결합을 사용할 가능성은 최근에야 조사되었습니다. 2007 년에 MIT의 Marin Soljačić 팀은 2 미터 (6.6 피트)의 거리에서 60W의 전력 전송을 달성하기 위해 10MHz에서 25cm 자기 공진 코일로 이루어진 두 개의 결합 된 동조 회로를 사용했습니다 ( 약 40 %의 효율로 코일 직경의 8 배). Soljačić은 기술 상용화를 시도하고있는 회사 WiTricity (이 기술에 사용 된 팀과 동일한 이름) 회사를 설립했습니다.

공진 형 인덕 티브 커플 링 시스템의 개념은 높은 Q 인자 공진기가 내부 댐핑으로 인해 에너지를 손실하는 것보다 훨씬 높은 속도로 에너지를 교환한다는 것입니다. 따라서 공진을 사용하면 인접한 필드의 주변 영역 ( “꼬리”)에서 훨씬 약한 자기장을 사용하여 더 먼 거리에서 동일한 양의 전력을 전송할 수 있습니다 (이러한 필드를 종종 소멸 필드라고합니다). 공진 유도 커플 링은 코일 직경 ( D ant )의 4 ~ 10 배 범위에서 높은 효율을 달성 할 수 있습니다. 이는 코일이 인접 해있을 때만 유사한 효율을 달성 할 수있는 비 공진 유도 전송의 “단거리”와 달리 “중간 범위”전송이라고합니다. 또 다른 장점은 공진 회로가 비 공역 객체보다 훨씬 강하게 상호 작용하여 주변 물체에서의 흡수로 인한 전력 손실이 무시할 수 있다는 것입니다.

공진 커플 링 이론의 단점은 두 공진 회로가 밀접하게 결합 된 가까운 거리에서 시스템의 공진 주파수가 더 이상 일정하지 않지만 두 개의 공진 피크로 “분리”되므로 원본에서 최대 전력 전달이 더 이상 발생하지 않는다는 것입니다 공진 주파수와 오실레이터 주파수는 새로운 공진 피크로 튜닝되어야합니다. 이러한 이동 피크를 사용하는 경우를 “단일 공진”이라고합니다. 또한 “단일 공진”시스템이 사용되어 보조 회로 만 튜닝 된 회로입니다. 이 현상의 원리는 “(자기) 위상 동기화”라고도 불리며 1993 년경부터 일본에서 AGV에 대한 실용적인 응용을 이미 시작했습니다. 그리고 지금 MIT의 연구원이 제시 한 고 공진 개념은 2 차측 공진기에만 적용됩니다. 고효율 와이드 갭 고출력 무선 전력 전송 시스템을 구현하여 SCMaglev의 유도 전류 컬렉터에 사용됩니다.

공진 기술은 현재 현대 유도 무선 전력 시스템에 널리 통합되고있다. 이 기술로 계획된 가능성 중 하나는 지역 무선 전력 범위입니다. 방의 벽이나 천장에있는 코일은 적당한 효율로 조명과 모바일 장치에 무선으로 전원을 공급할 수 있습니다. 시계, 라디오, 뮤직 플레이어 및 리모콘과 같은 소형 장치에 무선으로 전력을 공급하는 환경 적 및 경제적 이점은 매년 폐기되는 60 억 개의 배터리가 대량으로 유출되어 유독성 폐기물 및 지하수 오염의 큰 원인이 될 수 있다는 것입니다.

용량 성 커플 링
용량 성 결합 (정전 유도)에서, 유도 성 결합의 공액 에너지는 금속판과 같은 전극 사이의 전기장에 의해 전달된다. 송신기 및 수신기 전극은 유전체로서 중간 공간을 갖는 커패시터를 형성한다. 송신기에 의해 발생 된 교류 전압이 투과 판에인가되고, 발진 전기장은 교류 유도 전류에 의해 수신기 판 상에 교류 전위를 유도하여 부하 회로에 교류 전류를 흐르게한다. 전달 된 전력의 양은 주파수의 제곱에 비례하여 증가하며, 플레이트 사이의 커패시턴스는 작은 플레이트의 면적에 비례하고 (짧은 거리에 대해서는) 분리에 반비례합니다.

용량 성 커플 링은 상당한 전력을 전송하는 데 필요한 전극의 매우 높은 전압이 위험 할 수 있고 유해한 오존 생성과 같은 불쾌한 부작용을 유발할 수 있기 때문에 몇 가지 저전력 응용에서만 실제로 사용되었습니다. 또한 자기장과는 달리 전계는 유전체 분극으로 인해 인체를 포함한 대부분의 물질과 강하게 상호 작용합니다. 전극 사이 또는 전극 근처에 개입하는 물질은 인간의 경우 과도한 전자기장을 유발할 수있는 에너지를 흡수 할 수 있습니다. 그러나 용량 성 커플 링은 유도 성 커플 링에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 이 필드는 커패시터 플레이트 사이에 크게 국한되어 간섭을 줄이며 유도 결합에는 무거운 페라이트 “플럭스 감금”코어가 필요합니다. 또한 송신기와 수신기 간의 정렬 요구 사항은 덜 중요합니다. 용량 성 커플 링 (capacitive coupling)은 최근 배터리 구동 휴대용 장치의 충전 및 생체 의학 임플란트에서의 지속적인 무선 전력 전달에 적용되었으며, 집적 회로의 기판 층간에 전력을 전달하는 수단으로 고려되고있다.

두 가지 유형의 회로가 사용되었습니다.
양극성 설계 :이 유형의 회로에는 두 개의 송신기 플레이트와 두 개의 수신기 플레이트가 있습니다. 각각의 송신기 플레이트는 수신기 플레이트에 결합된다. 송신기 발진기는 높은 교번 전압에 의해 반대 위상 (180 ° 위상차)으로 송신기 플레이트를 구동하고 부하는 두 개의 수신기 플레이트 사이에 연결됩니다. 교류 전기장은 리시버 플레이트에서 반대 위상의 교류 전위를 유도하며,이 “푸시 – 풀”동작은 전류가 부하를 통해 플레이트 사이에서 앞뒤로 흐르게합니다. 무선 충전을위한이 구성의 단점은 수신 장치의 두 판을 장치가 작동 할 수 있도록 충전기 판과 대면으로 정렬해야한다는 것입니다.

유니 폴라 설계 :이 유형의 회로에서 트랜스미터와 리시버는 하나의 액티브 전극 만 가지며 접지 또는 커다란 패시브 전극이 전류의 리턴 경로 역할을합니다. 송신기 발진기는 능동 전극과 수동 전극 사이에 연결됩니다. 부하는 능동 전극과 수동 전극 사이에도 연결됩니다. 송신기에 의해 생성 된 전계는 정전 유도를 통해 부하 쌍극자에서 교대로 전하 변위를 유도합니다.

공진 형 용량 성 커플 링
공진은 용량 성 커플 링과 함께 사용하여 범위를 확장 할 수 있습니다. 20 세기로 접어 들면서, Nikola Tesla는 공진 유도 성 및 용량 성 결합의 첫 번째 실험을 수행했습니다.

자기력 학적 커플 링
이 방법에서 전력은 전기자에 영구 자석에 의해 생성 된 자기장에 의해 함께 결합되어 동 기적으로 회전하는 두 개의 회전 전기자 사이에서 전송됩니다 (송신기와 수신기에서 하나씩). 송신기 전기자는 전기 모터의 회 전자로 또는 회 전자로 회전하며, 자기장은 수신 전기자에 토크를 가하여 회전시킵니다.자기장은 전기자 사이의 기계적 커플 링처럼 작용합니다. 수신기 전기자는 별도의 전기 발전기를 돌리거나 수신기 전기자 자체를 발전기의 회 전자로 사용하여 부하를 구동 할 수있는 전력을 생산합니다.

이 장치는 전기 자동차의 비접촉 충전을위한 유도 전력 전달의 대안으로 제안되었습니다. 차고 바닥이나 연석에 내장 된 회전 전기자는 차량 밑면의 수신 전기자를 돌려 배터리를 충전합니다. 이 기술은 10 ~ 15cm (4 ~ 6 인치)의 거리에서 90 % 이상의 고효율로 전력을 전송할 수 있다고합니다. 또한, 회전하는 자석에 의해 생성 된 저주파 표유 자기장은 유도 결합 시스템에 의해 생성 된 고주파 자기장보다 가까운 전자 장치에 대한 전자기 간섭을 덜 일으킨다. 그러나 전기 자동차를 충전하는 프로토 타입 시스템은 2012 년부터 브리티시 컬럼비아 대학에서 운영되고 있습니다. 그러나 다른 연구자들은 두 가지 에너지 변환 (전기적에서 기계 및 전기로)이 시스템을 유도 결합과 같은 전기 시스템보다 덜 효율적이라고 주장합니다.

원거리 (방사) 기술
원거리 (far field) 방법은 거리가 장치의 직경보다 훨씬 큰 더 긴 범위, 종종 수 킬로미터 범위를 달성합니다. 높은 지향성 안테나 또는 잘 시준 된 레이저 광은 수신 영역의 모양과 일치하도록 만들 수있는 에너지 빔을 생성합니다. 안테나의 최대 지향성은 회절에 의해 물리적으로 제한됩니다.

일반적으로 가시 광선 (레이저)과 마이크로파 (목적으로 설계된 안테나에서)는 에너지 전달에 가장 적합한 전자기 복사의 형태입니다.
구성 요소의 크기는 레이저에 적용되는 표준 무선 주파수 안테나 설계에 사용되는 송신기에서 수신기까지의 거리, 파장 및 레일리 기준 또는 회절 한계에 따라 결정될 수 있습니다. Airy의 회절 한계는 또한 개구로부터 임의의 거리에서 대략적인 스폿 크기를 결정하는 데 자주 사용됩니다. 전자기 복사는 더 짧은 파장 (더 높은 주파수)에서 회절을 덜 경험합니다. 따라서, 예를 들어, 청색 레이저는 적색보다 덜 회절된다.

레일리 (Rayleigh) 기준은 모든 전파, 마이크로파 또는 레이저 빔이 확산되어 거리에 따라 약 해지고 확산 될 것을 지시합니다. 방사선의 파장에 비해 송신기 안테나 또는 레이저 조리개가 클수록 빔이 더 단단 해지고 거리의 함수로서 확산 될 것입니다 (반대의 경우도 마찬가지입니다). 더 작은 안테나는 또한 사이드 로브 (side lobes)로 인한 과도한 손실로 고통받습니다. 그러나, 레이저 조리개의 개념은 안테나와 상당히 다릅니다. 전형적으로, 파장보다 훨씬 큰 레이저 어퍼 처는 멀티 모드 방사선 (multi-moded radiation)을 유도하고 방출 된 방사선이 파이버 또는 공간으로 결합되기 전에 대부분 콜리메이터가 사용된다.

궁극적으로 빔 폭은 빔을 만드는 데 사용 된 전자기파의 파장과 관련하여 접시 크기로 인해 회절에 의해 물리적으로 결정됩니다.
마이크로 웨이브 파워 빔은 레이저보다 효율적이며 먼지 나 수증기로 인한 대기 감쇠가 적습니다.

여기서, 전력 레벨은 상기 파라미터들을 함께 조합하고, 안테나 특성 및 방사선이 통과하는 매체의 투명성 및 분산으로 인한 이득 및 손실을 더함으로써 계산된다. 이 프로세스를 링크 예산 계산이라고합니다.

전자 레인지
전파를 통한 전력 전송은보다 지향성이있어 일반적으로 마이크로파 범위의 전자파 복사 파장이 짧아 장거리 전력 빔 전송이 가능합니다. rectennamay는 전기로 다시 마이크로파 에너지를 변환하는 데 사용됩니다. 95 %를 넘는 직류 변환 효율이 실현되었습니다. 궤도에 진입하는 태양 광 위성으로부터 지구로 에너지를 전송하기 위해 마이크로파를 이용한 전력 빔 전송이 제안되었으며 궤도를 떠나는 우주선에 대한 전력의 전송이 고려되었다.

마이크로 웨이브에 의한 파워 빔은 대부분의 우주 어플리케이션에서 회절을 제한하는 안테나 지향성 때문에 요구되는 구경 크기가 매우 크다는 점에서 어려움이있다. 예를 들어 1978 년 NASA의 태양력 위성 연구는 2.45 GHz의 마이크로 웨이브 빔에 대해 직경 1 킬로미터 (0.62 마일)의 송신 안테나와 10 킬로미터 (6.2 마일)의 수신 렉 테나가 필요했습니다. 짧은 파장은 대기 흡수 및 비나 물방울에 의한 광선 방해로 어려움을 겪을 수 있지만,이 크기는 더 짧은 파장을 사용함으로써 다소 감소 될 수 있습니다. “얇은 배열 저주”때문에 여러 개의 작은 위성의 빔을 결합하여 좁은 빔을 만드는 것은 불가능합니다.

지면 응용 분야의 경우, 직경 10km의 대 면적 수신 어레이는 인간 전자기 노출 안전을 위해 제안 된 저전력 밀도에서 작동하는 동안 큰 총 전력 레벨을 사용할 수 있습니다. 직경 10km에 걸쳐 분산 된 1mW / cm2의 인간 안전 전력 밀도는 750 메가 와트의 총 전력 수준에 해당합니다. 이것은 많은 현대 발전소에서 발견되는 전력 수준입니다.

레이저
스펙트럼의 가시 영역에 더 가까운 전자기 복사 (수십 마이크로 미터에서 수십 나노 미터)의 경우, 전력을 전기를 태양 광 셀을 가리키는 레이저 빔으로 변환하여 전송할 수있다. 이 메커니즘은 전력을 전기 에너지로 변환 할 수있는 수신기에서 빔이 전송되기 때문에 일반적으로 ‘전력 빔’으로 알려져 있습니다. 수신기에서 단색광 변환에 최적화 된 특수 광전지 레이저 전력 변환기가 적용됩니다.

다른 무선 방식과 비교하면 다음과 같은 이점이 있습니다.
평행 단색 파면 전파는 큰 거리에서의 전송을 위해 좁은 빔 단면적을 허용합니다.
컴팩트 사이즈 : 소규모 제품에 적합한 고체 레이저.
Wi-Fi 및 휴대폰과 같은 기존 무선 통신에 무선 주파수 간섭이 없습니다.
액세스 제어 : 레이저에 의해 수신 된 수신자 만 전원을 수신합니다.

단점에는 다음이 포함됩니다.
레이저 광선은 위험합니다. 저출력 수준은 사람과 다른 동물을 눈을 멀게 할 수 있습니다. 높은 전력 수준은 국부적 인 스폿 가열을 통해 죽일 수 있습니다.
전기와 빛 사이의 변환은 제한적입니다. 광전지는 40 % -50 %의 효율을 달성합니다. (레이저 광의 전기로의 변환 효율은 태양 광보다 전기로 훨씬 더 높다).
대기 흡수 및 구름, 안개, 비 등의 흡수 및 산란은 최대 100 % 손실을 유발합니다.
대상과의 직접적인 시선이 필요합니다. (수신기에 직접 광선을 전달하는 대신 레이저 광을 광섬유로 유도 할 수도 있습니다. 그런 다음 광섬유 기술을 사용합니다.)

대기 플라즈마 채널 커플 링
대기 플라즈마 채널 커플 링에서, 에너지는 이온화 된 공기를 통한 전기 전도에 의해 2 개의 전극 사이에서 전달된다. 해수면 대기압에서 센티미터 당 34 킬로 볼트를 초과하는 두 전극 사이에 전계 기울기가 존재하면 전기 아크가 발생합니다. 이러한 대기 절연 파괴는 2 개의 전극 사이의 이온화 된 플라즈마 채널을 통해 임의의 궤적을 따라 전류의 흐름을 초래한다. 예를 들어, 자연 낙뢰가 있습니다. 여기서 한 전극은 구름의 가상 지점이고 다른 하나는 지구상의 한 지점입니다. 레이저 유도 형 플라즈마 채널 (LIPC) 연구는 현재 공기를 통한 플라즈마 채널의 개발을 인위적으로 촉진하고, 전기 아크를 유도하고, 특정 경로를 통해 제어 가능한 방식으로 전류를 유도하기 위해 초고속 레이저를 사용하여 진행되고 있습니다. 레이저 에너지는 대기 절연 파괴 전압을 낮추고 과열로 인해 공기가 단열되어 공기 필라멘트의 밀도 p를 낮 춥니 다.

이 새로운 공정은 레이저 번개 막대 및 자연 낙뢰 채널 연구, 인공 대기 전파 연구, 기존의 무선 안테나의 대체, 전기 용접 및 관련 응용 분야에서 구름에서 낙뢰를 발사하는 수단으로 탐구되고 있습니다. 고전압 커패시터 방전에서 전력을 전환하기위한 기계 가공, 접지 리턴 경로를 통한 전기 전도를 사용하는 지향성 에너지 무기 응용 프로그램 및 전자 방해 등이 있습니다.

에너지 수확
무선 전력의 맥락에서, 전력 수확 또는 에너지 소거라고도하는 에너지 수확은 환경으로부터 전력으로의 주변 에너지의 변환으로, 주로 소형 자율 무선 전자 장치에 전력을 공급합니다. 주변 에너지는 표류하는 전기 또는 자기 근처의 전기 장비, 빛, 열에너지 (열) 또는 장비의 진동이나 운동과 같은 운동 에너지의 전파 또는 전파를 차단합니다. 전환 효율은 대개 낮고 전력 소모량은 매우 적지 만 (밀리 와트 또는 마이크로 와트), 많은 분야에서 급증하는 원격 센서와 같은 소형 마이크로 파워 무선 장치를 가동하거나 충전하는 것이 적합 할 수 있습니다. 이 신기술은 이러한 무선 장치의 배터리 교체 또는 충전이 필요 없도록하여 완전히 자율적으로 작동하도록 개발되었습니다.