Power transmission via radio waves

Power transmission via radio waves can be made more directional, allowing longer-distance power beaming, with shorter wavelengths of electromagnetic radiation, typically in the microwave range.[68] A rectenna may be used to convert the microwave energy back into electricity. Rectenna conversion efficiencies exceeding 95% have been realized.[citation needed] Power beaming using microwaves has been proposed for the transmission of energy from orbiting solar power satellites to Earth and the beaming of power to spacecraft leaving orbit has been considered.[69][70]Power beaming by microwaves has the difficulty that, for most space applications, the required aperture sizes are very large due to diffraction limiting antenna directionality. For example, the 1978 NASA study of solar power satellites required a 1-kilometre-diameter (0.62 mi) transmitting antenna and a 10-kilometre-diameter (6.2 mi) receiving rectenna for a microwave beam at 2.45 GHz.[71] These sizes can be somewhat decreased by using shorter wavelengths, although short wavelengths may have difficulties with atmospheric absorption and beam blockage by rain or water droplets. Because of the "thinned-array curse", it is not possible to make a narrower beam by combining the beams of several smaller satellites.For earthbound applications, a large-area 10 km diameter receiving array allows large total power levels to be used while operating at the low power density suggested for human electromagnetic exposure safety. A human safe power density of 1 mW/cm2 distributed across a 10 km diameter area corresponds to 750 megawatts total power level. This is the power level found in many modern electric power plants. For comparison, a solar PV farm of similar size might easily exceed 10,000 megawatts (rounded) at best conditions during daytime.Following World War II, which saw the development of high-power microwave emitters known as cavity magnetrons, the idea of using microwaves to transfer power was researched. By 1964, a miniature helicopter propelled by microwave power had been demonstrated.[72]Japanese researcher Hidetsugu Yagi also investigated wireless energy transmission using a directional array antenna that he designed. In February 1926, Yagi and his colleague Shintaro Uda published their first paper on the tuned high-gain directional array now known as the Yagi antenna. While it did not prove to be particularly useful for power transmission, this beam antenna has been widely adopted throughout the broadcasting and wireless telecommunications industries due to its excellent performance characteristics.[73]Wireless high power transmission using microwaves is well proven. Experiments in the tens of kilowatts have been performed at Goldstone in California in 1975[74][75][76] and more recently (1997) at Grand Bassin on Reunion Island.[77] These methods achieve distances on the order of a kilometer.Under experimental conditions, microwave conversion efficiency was measured to be around 54% across one meter.[78]A change to 24 GHz has been suggested as microwave emitters similar to LEDs have been made with very high quantum efficiencies using negative resistance, i.e., Gunn or IMPATT diodes, and this would be viable for short range links.

結果 (繁體中文) 1:

經由無線電波電力傳輸可以由多個定向，從而允許較長距離的功率發射，用電磁輻射的波長較短，通常在微波範圍內。[68] 整流天線可用於轉換的微波能量回電能。超過95％的整流天線轉換效率已被實現。[編輯]功率發射使用微波已被提議用於傳輸能量從軌道太陽能衛星到地球和功率的離開軌道一直被認為是放光到航天器。[69] [ 70]

電源通過微波喜氣洋洋有，對於大多數空間應用，所需的孔徑尺寸非常大，由於衍射限制天線方向性的難度。例如，太陽能發電衛星的1978 NASA研究所需的1公里的直徑（0.62英里）發射天線和10公里的直徑（6.2英里）在2.45GHz接收矽整流天線的微波束。[71] 這些尺寸可以通過使用更短的波長來有所下降，雖然短的波長可以具有與由雨水或水滴大氣吸收和光束堵塞困難。因為“減薄陣列詛咒”的，這是不可能通過組合幾個較小的衛星的光束，使更窄的波束。

對於鄉土的應用中，大面積的10公里直徑接收陣列允許同時在建議用於人類電磁暴露安全的低功率密度操作中使用大的總功率電平。1毫瓦/厘米2的人類安全功率密度跨越10公里直徑區域對應分配到750兆瓦總功率電平。這是許多現代電力植物中發現的功率電平。為了比較，類似規模的太陽能光伏發電場可能會很容易地在白天超過在最好的條件1000萬千瓦裝機容量（四捨五入）。

第二次世界大戰之後，看到被稱為腔磁控管高功率微波發射器的開發，利用微波來傳輸電力的想法進行了研究。到1964年，小型直升機推進由微波功率已經證明。[72]

日本研究人員英繼八木也使用定向陣列天線，他研究設計無線能量傳輸。在1926年2月，八木和他的同事宇田新太郎公佈了調整的高增益定向陣列現在被稱為八木天線在他們的第一篇論文。雖然它沒有被證明是用於電力傳輸特別有用的，這波束天線已經被廣泛地在整個廣播和無線電信行業由於其優異的性能特性通過。[73]

使用微波無線大功率傳輸很好的證明。在幾十千瓦的實驗已經在中戈爾德斯頓加州，1975年已經進行[74] [75] [76]和最近（1997年）在大盆地上留尼旺島。[77] 這些方法實現一公里的量級上的距離。

在實驗條件下，微波轉換效率測量為約54％跨越一米。[78]

至24千兆赫的變化已被建議作為類似於LED的微波發射器已使用負電阻而完成具有非常高的量子效率，即，耿氏或IMPATT二極管，和這將是可行的用於短程鏈路。

結果 (繁體中文) 2:

通過無線電波進行功率傳輸可以更加定向，允許遠距離功率束射，電磁輻射波長較短，通常在微波範圍內。[68] 一個回電可用於將微波能量轉換回電能。已實現超過 95% 的轉算效率。[需要引文]已提議利用微波發射能量，將太陽能衛星的軌道向地球傳輸能量，並考慮向離開軌道的航太器發射能量。[69][70]

微波的功率束束很難，對於大多數空間應用來說，由於衍射限制了天線的定向性，所需的孔徑尺寸非常大。例如，1978年美國宇航局對太陽能衛星的研究需要一個直徑為1公里（0.62英里）的發射天線和一個直徑為2.45千兆赫的微波束接收10公里（6.2英里）的接收雷天納。由於"薄陣列詛咒"，不可能通過組合幾個較小的衛星的光束來產生更窄的光束。

對於接地應用，直徑為 10 km 的大面積接收陣列允許在為人類電磁暴露安全建議的低功率密度下工作時使用較大的總功率級別。分佈在 10 公里直徑區域的 1 mW/cm2 的人類安全功率密度相當於 750 兆瓦的總功率水準。這是許多現代發電廠的功率水準。相比之下，一個類似規模的太陽能光伏電站在白天的最佳條件下可能很容易超過10，000兆瓦（四捨五入）。

第二次世界大戰後，人們研究利用微波傳輸功率的高功率微波發射器。到1964年，一架由微波動力驅動的微型直升機已經顯現出來。[72]

日本研究人員Yagi也用他設計的定向陣列天線對無線能量傳輸進行了研究。1926 年 2 月，Yagi 和他的同事 Shintaro Uda 發表了關於調諧的高增益定向陣列的第一篇論文，現在稱為 Yagi 天線。雖然該波束天線在電力傳輸方面並非特別有用，但由於其出色的性能特性，該波束天線已廣泛應用於廣播和無線通訊行業。[73]

使用微波進行無線高功率傳輸已得到了很好的驗證。1975年，在加利福尼亞州的戈德斯通進行了數十千瓦的實驗[74][75][76]，最近（1997年）在留尼旺島的大巴辛進行了實驗。這些方法達到一公里的距離。

在實驗條件下，微波轉換效率在一米左右，約為54%。[78]

有人建議改為24 GHz，因為類似于LED的微波發射器使用負電阻（即Gunn或IMPATT二極體）具有非常高的量子效率，這適用于短距離鏈路。

結果 (繁體中文) 3:

通過無線電波的功率傳輸可以變得更具方向性，允許長距離的功率發射，具有較短的電磁輻射波長，通常在微波範圍內。[68]可以使用矩形天線將微波能量轉換回電能。已實現了超過95%的矩形天線轉換效率。[需要引證]已提出利用微波進行功率波束傳輸，以將太陽動力衛星軌道上的能量傳輸到地球，並已考慮將功率波束傳輸到離開軌道的航天器。[69][70]
微波功率波束的難點在於，在大多數空間應用中，由於繞射限制天線的方向性，所需的孔徑非常大。例如，1978年美國宇航局對太陽能衛星的研究需要一個直徑為1公里（0.62英里）的發射天線和一個直徑為10公里（6.2英里）的接收矩形天線，用於2.45千兆赫的微波束。[71]這些尺寸可以通過使用較短的波長有所减小，儘管短波長可能對大氣有困難雨水或水滴的吸收和束流阻塞。由於“稀疏陣列詛咒”，不可能通過組合幾個較小衛星的波束來產生較窄的波束。
對於接地應用，一個大面積10公里直徑的接收陣列允許使用大的總功率水准，同時在建議的低功率密度下操作，以保證人體電磁輻射的安全。人類安全功率密度為1兆瓦/平方釐米，分佈在直徑10公里的區域，相當於750兆瓦的總功率水准。這是許多現代電廠的功率水准。相比之下，類似規模的太陽能光伏發電場在白天的最佳條件下很容易超過10000兆瓦（四捨五入）。
第二次世界大戰後，高功率微波發射器被稱為腔磁控管，人們研究了利用微波傳遞能量的想法。到1964年，一架由微波驅動的微型直升機已經被證實
日本研究人員HidetsuguYagi還研究了使用他設計的定向陣列天線進行無線能量傳輸的問題。1926年2月，Yagi和他的同事Shintaro Uda發表了他們第一篇關於調諧高增益定向陣列（現在稱為Yagi天線）的論文。雖然它並沒有被證明對電力傳輸特別有用，但這種波束天線由於其優异的效能特性已經被廣泛應用於廣播和無線電信行業
利用微波進行無線大功率傳輸已經得到了很好的證明。1975年[74][75][76]在加利福尼亞州的戈德斯通進行了幾十千瓦的實驗，最近（1997年）在留尼汪島的大巴辛進行了幾十千瓦的實驗。[77]這些方法可以實現大約一公里的距離。
在實驗條件下，微波轉換效率在一米範圍內約為54%。[78]
有人建議將其改為24ghz，因為與led類似的微波發射器已經使用負電阻（即Gunn或IMPATT二極體）以非常高的量子效率製成，這對於短程連結是可行的。