L’antenne basée sur la métasurface transforme les ondes radio ambiantes en énergie électrique

Une antenne basée sur la métasurface transforme les ondes radio ambiantes en énergie électrique |  Communiqués de presse

Les chercheurs ont testé leur antenne à base de métamatériaux dans une chambre anéchoïque. L’onde radio est émise par l’antenne cornet à gauche et reçue par l’antenne à métasurface montée sur le cadre en bois à droite. La chambre anéchoïque élimine les signaux de fond provenant d’autres sources et empêche les signaux parasites de la source d’ondes radio de rebondir dans la pièce et de perturber les mesures. L’image de l’antenne à base de métamatériaux est agrandie à droite. Crédit : Jiangfeng Zhou et Clayton Fowler

Les chercheurs ont développé une nouvelle antenne basée sur la métasurface qui représente une étape importante pour rendre pratique la récupération de l’énergie des ondes radio, telles que celles utilisées dans les réseaux de téléphonie cellulaire ou les connexions Bluetooth. Cette technologie pourrait potentiellement fournir une alimentation sans fil aux capteurs, aux LED et à d’autres appareils simples à faible consommation d’énergie.

“En éliminant les connexions filaires et les batteries, ces antennes pourraient aider à réduire les coûts, à améliorer la fiabilité et à rendre certains systèmes électriques plus efficaces”, a déclaré le chef de l’équipe de recherche Jiangfeng Zhou de l’Université de Floride du Sud. “Cela serait utile pour alimenter des capteurs domestiques intelligents tels que ceux utilisés pour la température, l’éclairage et le mouvement ou des capteurs utilisés pour surveiller la structure des bâtiments ou des ponts, où le remplacement d’une batterie peut être difficile ou impossible.”

dans la revue Matériaux optiques Express, les chercheurs rapportent que les tests en laboratoire de leur nouvelle antenne ont montré qu’elle peut récolter 100 microwatts de puissance, assez pour alimenter des appareils simples, à partir d’ondes radio de faible puissance. Cela a été possible car le métamatériau utilisé pour fabriquer l’antenne présente une absorption parfaite des ondes radio et a été conçu pour fonctionner avec de faibles intensités.

“Bien que davantage de travail soit nécessaire pour miniaturiser l’antenne, notre appareil franchit un seuil clé de 100 microwatts de puissance récoltée avec une efficacité élevée en utilisant les niveaux de puissance ambiante trouvés dans le monde réel”, a déclaré Clayton Fowler, le membre de l’équipe qui a fabriqué l’échantillon et effectué les mesures. “La technologie pourrait également être adaptée afin qu’une source d’ondes radio puisse être fournie pour alimenter ou charger des appareils dans une pièce.”

Récupérer l’énergie de l’air

Les scientifiques essaient de capter l’énergie des ondes radio depuis un certain temps, mais il est difficile d’obtenir suffisamment d’énergie pour être utile. Cela change grâce au développement des métamatériaux et au nombre toujours croissant de sources ambiantes d’énergie radiofréquence disponibles, telles que les réseaux de téléphonie mobile, les signaux Wi-Fi, GPS et Bluetooth.

“Avec l’énorme explosion des technologies basées sur les ondes radio, il y aura beaucoup d’émissions électromagnétiques de déchets qui pourraient être collectées”, a déclaré Zhou. “Ceci, combiné aux progrès des métamatériaux, a créé un environnement mûr pour de nouveaux appareils et applications qui pourraient bénéficier de la collecte de cette énergie perdue et de son utilisation.”

Les métamatériaux utilisent de petites structures soigneusement conçues pour interagir avec la lumière et les ondes radio d’une manière que les matériaux naturels ne font pas. Pour fabriquer l’antenne de récupération d’énergie, les chercheurs ont utilisé un métamatériau conçu pour une absorption élevée des ondes radio et qui permet à une tension plus élevée de circuler à travers la diode de l’appareil. Cela a amélioré son efficacité à transformer les ondes radio en énergie, en particulier à faible intensité.

Test avec des niveaux de puissance ambiante

Pour les tests en laboratoire de l’appareil, qui mesurait 16 cm sur 16 cm, les chercheurs ont mesuré la quantité d’énergie récoltée tout en modifiant la puissance et la fréquence d’une source radio entre 0,7 et 2,0 GHz. Ils ont démontré la capacité de récolter 100 microwatts d’énergie à partir de des ondes radio d’une intensité de seulement 0,4 microwatt par centimètre carré, soit environ le niveau d’intensité des ondes radio à 100 mètres d’une tour de téléphonie cellulaire.

“Nous avons également placé un téléphone portable très près de l’antenne pendant un appel téléphonique, et il a capté suffisamment d’énergie pour alimenter une LED pendant l’appel”, a déclaré Zhou. “Bien qu’il soit plus pratique de récolter l’énergie des tours de téléphonie cellulaire, cela a démontré les capacités de capture de puissance de l’antenne.”

Étant donné que la version actuelle de l’antenne est beaucoup plus grande que la plupart des appareils qu’elle pourrait potentiellement alimenter, les chercheurs travaillent à la rendre plus petite. Ils aimeraient également créer une version qui pourrait collecter simultanément l’énergie de plusieurs types d’ondes radio afin que plus d’énergie puisse être collectée.


Les chercheurs récoltent l’énergie des ondes radio pour alimenter des appareils portables


Plus d’information:
Clayton Fowler et al, Récolte d’énergie RF ambiante à haut rendement par un absorbeur parfait de métamatériau, Matériaux optiques Express (2022). DOI : 10.1364/OME.449494

Fourni par la société optique

citation: Une antenne basée sur la métasurface transforme les ondes radio ambiantes en énergie électrique (2022, 28 février) récupéré le 1er mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-02-metasurface-based-antenna-ambient-radio-electric.html

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