Transferencia de energía inalámbrica: una revisión

Artículo Transferencia inalámbrica de energía: revisión Kalina Detka y Krzysztof Górecki * Departamento de Electrónica Marina, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Marítima de Gdynia, Morska 83, 81-225 Gdynia, Polonia * Correspondencia: k.gorecki@we.umg.edu.pl

 Resumen: Este artículo presenta el estado actual del conocimiento en el campo de la transferencia de energía inalámbrica. Se describe el concepto de dicha transferencia y los métodos básicos de su implementación, junto con diagramas de bloques de los dispositivos necesarios. Se caracterizan las tecnologías de transferencia de energía eléctrica a cortas y largas distancias. Se analiza con gran detalle la tecnología de transferencia de energía eléctrica más popular basada en el fenómeno de la inducción electromagnética. El análisis de la influencia de factores tales como el factor de acoplamiento, la forma de las bobinas, el tipo de material ferromagnético del que está hecho el núcleo de las bobinas y la posición mutua de las bobinas transmisora y receptora se analizan en las propiedades de el sistema inalámbrico de transferencia de energía. Se muestran las ventajas y desventajas de las tecnologías utilizadas. Además, se presenta un sistema inalámbrico de transferencia de energía para cargar las baterías de vehículos eléctricos. También se presentan los estándares de transferencia de energía inalámbrica y se describen las tendencias de desarrollo

Palabras clave: transferencia de energía inalámbrica; DAP; vehículo eléctrico; transferencia de potencia inductiva; transferencia de energía de campo cercano; transferencia de energía de campo lejano; LPT; MPT 1. 

Introducción

 En los últimos años se han observado importantes avances tecnológicos en la producción de dispositivos electrónicos portátiles y electrónicos de potencia para diversos fines. Se caracterizan por tamaños más pequeños y mayor eficiencia energética, así como valores más altos de potencia transformada [1,2]. A pesar del alto avance tecnológico de los dispositivos portátiles mencionados, se ha observado un problema de reposición de energía en la batería de suministro. Actualmente, los dispositivos electrónicos como teléfonos, tabletas y ordenadores pueden funcionar sin recargar hasta varias decenas de horas [3]. Sin embargo, los dispositivos portátiles mencionados necesitan una recarga frecuente o la compra de otras baterías. Esto genera costos adicionales y no favorece la política mundial de protección ambiental [4,5]. Una solución interesante a este problema es la transferencia de energía inalámbrica. Un pionero en esta área (transferencia de energía mediante densidad de flujo electromagnético) fue el científico serbio Nikola Tesla [6], quien en 1891 diseñó la bobina de Tesla, que era un dispositivo con una longitud de unos 40 m. La bobina de Tesla funcionaba con una señal de 300 kW a una frecuencia de 150 kHz y podía transmitir electricidad hasta 3 km sin utilizar un cable [7]. Como siguiente paso, el científico serbio planeó construir un sistema para la transmisión inalámbrica universal de electricidad mediante torres de transmisión y recepción. La Torre de Transmisión Experimental de Tesla se construyó en Long Island (conocida como Torre Wardenclyffe). Sin embargo, debido a la falta de fondos para futuras investigaciones, el proyecto Tesla se cerró en 1906 y la torre fue demolida en 1917 [8]. John Schuder (1961) [9], William Brown (1964) [10] y Peter Glaser (1968) [11] también llevaron a cabo experimentos posteriores en el campo de la transferencia de energía inalámbrica. Sin embargo, no fue hasta aproximadamente 2007 que se prestó más atención a estos sistemas, cuando un grupo de científicos del MIT diseñó un modelo funcional del sistema de transferencia inalámbrica de energía (WPT), que permitía la transmisión de la electricidad necesaria para encender una bomba de 60 W. bombilla a una distancia de 2 m [6,12].

 Los sistemas inalámbricos de transmisión de energía, además de sus aplicaciones para cargar las baterías de los dispositivos electrónicos de consumo mencionados anteriormente, también se utilizan cada vez más en la industria automotriz para cargar baterías de vehículos eléctricos [13-15], para la minería en lugares donde no es posible su uso. energía cableada convencional [16] y en medicina [17-20]. 

El objetivo de este artículo es analizar las propiedades de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía con un énfasis particular en la transferencia inalámbrica inductiva de energía. Este artículo presenta las características generales de la TIP, analiza las ventajas y desventajas de estos sistemas y analiza un área seleccionada de la industria en la que esta tecnología está comenzando a desarrollarse más ampliamente.

La Sección 2 presenta la clasificación de las tecnologías TIP disponibles y describe el principio de funcionamiento de cada una de ellas.

 La Sección 3 describe las ventajas y desventajas de la transferencia de energía inalámbrica, 

la Sección 4 presenta el estándar de WPT más comúnmente utilizado para cargar pequeños dispositivos móviles 

y la Sección 5 describe un ejemplo del uso de sistemas WTP en la industria.

 2. Clasificación de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía 

Los sistemas inalámbricos de transferencia de energía (TIP), también conocidos como transferencia inalámbrica de energía o carga inalámbrica de energía [7], permiten la transmisión de electricidad entre la fuente de energía y la carga sin el uso de conexiones físicas en el forma de cables [7,21-24]. La transferencia inalámbrica de energía (TIP) suele dividirse en dos categorías debido a los mecanismos de transmisión de energía [25-27]: 

- Transferencia de energía de campo lejano, también conocida como método radiativo; 

- Transferencia de energía de campo cercano, también conocida como método no radiativo.

 En la Figura 1 se muestra una clasificación detallada de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía.

.

Figure 1. Classification of wireless power transfer

Como se muestra en la Figura 1, los sistemas inalámbricos de transferencia de energía de campo lejano se dividen en sistemas que utilizan microondas para transmitir energía, denominados transferencia de potencia por microondas (MPT), y aquellos que utilizan tecnología láser, denominada transferencia de potencia láser (LPT). A su vez, los sistemas inalámbricos de transferencia de energía de campo cercano también se dividen en dos categorías: transferencia de potencia inductiva (IPT), donde la energía se transmite mediante un campo magnético, y transferencia de potencia capacitiva (CPT), donde la energía se transfiere mediante un campo eléctrico. Además, la transmisión de energía mediante IPT se puede realizar con una de dos tecnologías: transferencia de energía inalámbrica acoplada (CWPT) o transferencia de energía inalámbrica por resonancia acoplada magnéticamente (MCRWPT). La Sección 2.1 presenta una breve descripción de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica de campo lejano, incluidos MPT y LPT, luego la Sección 2.2 describe la tecnología de transferencia inalámbrica de campo cercano con mayor detalle, incluidos IPT y CPT.

2.1. Transferencia de energía inalámbrica de campo lejano

 La transferencia de energía inalámbrica de campo lejano utiliza una onda electromagnética en forma de señal de radiofrecuencia para la transferencia de energía. Luego, el transmisor irradia energía utilizando el campo eléctrico de la onda electromagnética. Como se mencionó anteriormente, este tipo de transferencia de energía inalámbrica se divide en dos grupos [25]: transferencia de energía por microondas (MPT) y transferencia de energía por láser (LPT), que se analizan con mayor detalle en las Secciones 2.1.1 y 2.1.2.

 2.1.1. La transferencia de energía por microondas

 MPT es un tipo de transmisión inalámbrica de energía realizada mediante radiación electromagnética con el uso de microondas. Esta tecnología es muy utilizada en la industria de la aviación para suministrar, por ejemplo, barcos no tripulados. El principio de funcionamiento de esta solución se basa en el uso de dispositivos de microondas para irradiar una señal en forma de onda de radio a través de una antena adecuada. En el receptor, que también es antena, la energía almacenada en el campo eléctrico de la onda se transfiere a la carga. Una ventaja significativa de este tipo de transmisión es el alto valor de la potencia transmitida, una muy buena adaptación al medio ambiente y una gran flexibilidad en la transmisión y recepción de señales. Debido a estos factores, este tipo de transmisión de energía se utiliza cuando existe la necesidad de alimentar dispositivos ubicados a grandes distancias y que operan en diferentes condiciones climáticas [25,28]. Sin embargo, una limitación importante en el uso de esta tecnología es la muy baja eficiencia de transmisión, que no supera el 10% [25,28], y la necesidad de utilizar transmisores (antenas) muy grandes. Esta solución también es muy cara. 

2.1.2. Transferencia de energía láser 

Dado que para la transmisión de energía se necesitan antenas de gran tamaño, se presta cada vez más atención a la transmisión de energía mediante un rayo láser. Este método de transmisión de energía utiliza luz láser altamente concentrada dirigida al receptor de energía para obtener la mayor eficiencia de transmisión posible a distancias muy largas. En este tipo de solución, el transmisor del sistema de transmisión de energía inalámbrica convierte la energía eléctrica de la fuente (por ejemplo, una batería) en un haz de luz monocromático utilizando un láser [29,30]. A su vez, mediante un complejo sistema óptico, este haz se dirige y transmite al receptor, que suele ser un conjunto de paneles fotovoltaicos colocados sobre satélites. Luego, en el receptor adaptado a los parámetros del haz, la energía de la radiación láser se convierte nuevamente en energía eléctrica, que se utiliza para cargar las baterías de los satélites o de los motores instalados en ese lugar [30]. El componente esencial de estos sistemas, al igual que los MPS, es el módulo rectificador, que debe caracterizarse por un alto valor de eficiencia. Normalmente, el módulo rectificador induce una pérdida de energía, lo que reduce la eficiencia en un 10% [31]. El rectificador de alta eficiencia tiene las funciones de estabilizar y amplificar la corriente impulsora, minimizando así las pérdidas asociadas con su circuito en un proceso ampliamente descrito en [32,33]. La desventaja de esta solución en comparación con la transmisión de energía por microondas es la necesidad de que el receptor utilice complejos sistemas de seguimiento y monitorización, necesarios para transmitir con precisión el rayo láser al receptor [25], ya que la radiación láser puede ser peligrosa para las personas y el medio ambiente. ambiente. En comparación con la transmisión de energía de microondas, el rayo láser también es más susceptible a la absorción atmosférica y a la dispersión por las nubes, la lluvia, la nieve y la niebla [25,33]. Sin embargo, el método de transmisión inalámbrica de energía mediante un láser se ha vuelto tan atractivo que, en el marco del programa (SPRINT) de la Red de Investigación e Innovación Tecnológica del Reino Unido, la empresa británica Space Power, en cooperación con científicos de la Universidad de Surrey. , planea lanzar un prototipo de dispositivo LPT, que se utilizará para iluminar satélites que orbitan cerca de la Tierra durante un eclipse. La comercialización de la solución propuesta está prevista para 2025 [25,34]. 

2.2. Transferencia de energía de campo cercano

 Un sistema típico para transmisión inalámbrica misión de la energía consta de un transmisor y un receptor. La energía dentro de este sistema de transmisión se puede transmitir a través de un imán. o campo eléctrico [23,24,35,36]. En este caso se utiliza una de las dos técnicas de transmisión de energía eléctrica, la técnica inductiva (IPT) o la capacitiva (CPT) [25].

 En el caso de la transmisión de energía mediante un campo magnético, el transmisor y el receptor son bobinas. Por otro lado, la transmisión de energía mediante un campo eléctrico es posible con el uso de dos condensadores planos: un transmisor y un receptor [37]. La transferencia de energía de campo cercano es la más descrita debido al gran interés que suscita su desarrollo y su uso generalizado en diversas industrias (como la biomedicina, la implantología, los dispositivos portátiles, los robots submarinos, los sensores submarinos y los vehículos eléctricos). Además, también es la tecnología de transferencia de energía inalámbrica más desarrollada [16,21,25,38]. La Figura 2 muestra el principio de transmisión de energía eléctrica mediante el método de inducción. Este método es el método más utilizado en la categoría de IPT de campo cercano.

Figura 2. Transferencia de energía inalámbrica mediante tecnología inductiva

El principio de transmisión de energía eléctrica por el método de inducción se basa en el principio de funcionamiento de un transformador de aire. Cuando se conecta una fuente de tensión alterna Up con amplitud U0 y frecuencia f a los terminales del devanado primario del transformador, la corriente fluye a través del devanado primario N1. El resultado es que creará un flujo magnético variable en el tiempo que influye en el devanado secundario N2. Debido al fenómeno de la inducción electromagnética, que es el resultado de la formación de una fuerza electromotriz en el devanado secundario, la corriente también fluirá. En el caso en que las líneas de fuerza del campo magnético con inducción B sean perpendiculares a la superficie S a través de la cual pasa el flujo magnético, y además el campo magnético sea homogéneo, entonces la expresión del flujo magnético se expresa por [39]

Según la ley de Faraday, el valor de la fuerza electromotriz inducida ɛ es igual al producto del número de vueltas N2 del devanado secundario y la derivada temporal del flujo del campo magnético ϕ. Teniendo en cuenta la dependencia (1), la fuerza electromotriz se expresa por [39]

Suponiendo que las pérdidas en el devanado son insignificantes, también se puede suponer que los voltajes en los devanados N1 y N2 serán iguales a las fuerzas electromotrices. Entonces, los valores efectivos del voltaje en los devanados del enésimo devanado del transformador se pueden determinar a partir de la fórmula

donde Nn denota el n-ésimo número de devanado, k es el coeficiente acoplado y Bm la amplitud de la densidad de flujo magnético. 

2.2.1. La tecnología IPT

La transferencia de energía inductiva se basa en el concepto de las leyes de Amper y Faraday. El método de transferencia de energía mediante tecnología IPT fue demostrado por primera vez en 1898 por Nicola Tesla.

Como se mencionó anteriormente, esta tecnología se puede dividir en dos grupos: transferencia de energía inalámbrica de acoplamiento inductivo (IWPT) y transferencia de energía inalámbrica de resonancia acoplada magnéticamente (MCR WPT) [7,21,22,35]. En la Figura 3 se muestra un sistema típico utilizado en ambas topologías consideradas. 

Figura 3. Sistema inalámbrico de transferencia de energía: IPT

En el sistema presentado en la Figura 3, del lado del transmisor, hay bloques que representan un rectificador que convierte el voltaje alterno de una fuente de energía externa, es decir, la red eléctrica, en un voltaje continuo del valor requerido, que depende de la solicitud.

 En el bloque transmisor, también hay un inversor CC/CA que se utiliza para cambiar el voltaje CC a voltaje alterno, y el último elemento del sistema transmisor es una bobina.

 El circuito receptor consta de una bobina receptora, un rectificador CA/CC para convertir el voltaje alterno en voltaje directo y un regulador para estabilizar el voltaje en la salida del receptor.

 Dado que el valor del coeficiente de acoplamiento entre ellos disminuye con el aumento de la distancia entre el transmisor y el receptor, provoca un aumento de las caídas de voltaje debido a la inductancia de fuga y una reducción en la transferencia de energía. Para eliminar este problema, se utilizan bloques de compensación adicionales, creando un circuito resonante [40-42].

 Estos bloques suelen consistir en condensadores conectados en varias configuraciones al receptor y al transmisor. Con la aplicación de una solución de este tipo, es posible obtener una reducción de la impedancia del sistema en sistemas caracterizados por una inductancia de fuga mayor que la inductancia mutua. Las topologías y propiedades de estos sistemas se describieron ampliamente en los artículos [43–46]. Transferencia de energía inalámbrica acoplada inductivamente La tecnología de transferencia de energía inalámbrica acoplada inductivamente se basa en la transmisión de energía mediante un campo magnético de bobinas transmisoras y receptoras acopladas entre sí a corta distancia entre sí. El mecanismo de transferencia de energía es idéntico al principio de funcionamiento mencionado de un transformador de aire [22,35].

 El rango de frecuencia de funcionamiento de esta solución es de kilohercios y la distancia típica entre el transmisor y el receptor no supera los 40 mm. Además, esta tecnología permite la transmisión de energía de un solo vatio a kilovatios [22]. Los artículos [16,47,48] demostraron que un aumento en la distancia entre el transmisor y el receptor de 20 mm a 100 mm reduce el valor del coeficiente de acoplamiento de las bobinas de 0,6 a 0,1 y la eficiencia de transmisión de energía del 80% al alrededor del 40%. El número de vueltas, así como la forma y el tamaño de la bobina, también son importantes para el valor de este coeficiente y la eficiencia de transmisión. 

Una ventaja de IWPT es el hecho de que es un método simple de transmisión de energía de alta eficiencia en comparación con otros sistemas, y tiene una baja frecuencia de operación, lo que Figura 3. Sistema inalámbrico de transferencia de energía  de alta eficiencia en comparación con otros sistemas y tiene una baja frecuencia de operación, lo que garantiza la seguridad de la transmisión de energía. Por otro lado, las desventajas importantes de esta tecnología de transmisión de energía son la corta distancia de transmisión de energía, el coeficiente de acoplamiento electromagnético, el bajo valor de la inductancia mutua y el calentamiento significativo de los sistemas considerados como resultado de las pérdidas en los devanados. Además, aumentar la distancia entre las bobinas reduce la eficiencia de la transmisión de energía. Su eficiencia también se ve influenciada por la posición de las bobinas entre sí. Es importante ajustar la posición y la distancia entre el transmisor y el receptor [16]. Transferencia de energía inalámbrica por resonancia acoplada magnéticamente El principio de funcionamiento de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica por resonancia acoplada magnéticamente, como en el caso de IWPT, también se basa en el principio de un transformador de aire, pero aquí es importante la frecuencia de resonancia a la que operan ambas bobinas. . La frecuencia de funcionamiento de esta tecnología oscila entre unos pocos kilohercios y decenas de megahercios. La energía se puede transmitir a una distancia de varios metros independientemente de las condiciones climáticas predominantes. Una ventaja significativa de esta tecnología es que no es necesario ajustar las posiciones del transmisor y del receptor entre sí. Es suficiente que el receptor esté dentro del alcance del transmisor para iniciar la transferencia de energía. 

Como se presenta en [47], el cambio de posición entre las bobinas transmisoras y receptoras de los sistemas inalámbricos de transmisión de energía influye significativamente en el coeficiente de acoplamiento entre estas bobinas, lo que, a su vez, afecta significativamente la eficiencia de la transmisión de energía. La Figura 3 muestra diferentes configuraciones para la disposición del transmisor y del receptor. Los autores del artículo citado llevaron a cabo investigaciones en bobinas de sección rectangular. La ventana interior de las bobinas consideradas tiene una longitud de 498 mm, una anchura de 10,4 mm y un espesor de 20,2 mm. Cada bobina contiene 12 vueltas y la autoinductancia de una sola bobina es de 212 µH. Los resultados de las investigaciones sobre la influencia de la distancia d, el ángulo de inclinación α y la posición del receptor con respecto al transmisor en el eje x, obtenidos por los autores, sobre el valor del coeficiente de acoplamiento k, son se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Cambio de posición: horizontal (a), vertical (b) y en el ángulo (c) de la transmisión y bobinas receptoras de sección rectangular

Como puede verse (Figura 5), el valor del coeficiente de acoplamiento entre las bobinas transmisora y receptora disminuye con un aumento en la distancia cuando la distancia cambia vertical y horizontalmente. Se puede observar que un aumento de la distancia vertical de 15 mm a 160 mm provoca una reducción de casi tres veces el valor del coeficiente de acoplamiento. Además, aumentar la distancia horizontal entre las bobinas en aproximadamente 200 mm reduce el valor del coeficiente de acoplamiento en aproximadamente un 50%. El efecto más pequeño de un cambio en la posición de la bobina receptora con respecto a la bobina transmisora sobre el valor del coeficiente de acoplamiento k se observa al cambiar la inclinación de la bobina receptora. Cambiar la pendiente de la bobina receptora de 1 a 5 ◦C aumenta el factor de acoplamiento tan solo un 6%. Por otro lado, el artículo [48] presenta la influencia de la forma de las bobinas utilizadas para la transmisión de energía inalámbrica en parámetros IPT como la potencia de salida Pout, la eficiencia de la transferencia de energía η y el coeficiente de acoplamiento k. Se consideraron las formas ovalada, cuadrada y pentagonal de la bobina receptora. Los ejemplos de las bobinas del transmisor y del receptor presentados en [48] se muestran en la Figura 6. Las bobinas investigadas tienen tamaños similares, es decir, sus áreas de superficie son de aproximadamente 110 a 120 mm2 y contienen un número similar de vueltas en ambos devanados. es decir, 15 vueltas para la bobina en espiral y 14 vueltas para las bobinas con formas pentagonales y cuadradas. Los resultados obtenidos por los autores del artículo citado se presentan en la Figura 7.

Figura 5. Influencia del cambio de la posición horizontal (a), la posición vertical (b) y el ángulo (c) de las bobinas transmisoras y receptoras con una sección transversal rectangular en el acoplamiento.

Figura 6. Circuitos para transmisión de energía inalámbrica que contienen las bobinas de transmisión y recepción en forma (a) cuadrada, (b) ovalada y (c) pentagonal.

Figura 7. Dependencia de la potencia de salida (a), la eficiencia de transmisión de energía (b) y el coeficiente de acoplamiento (c) de las distancias entre las bobinas de diferentes sha

De las características presentadas en la Figura 7, se puede ver que los valores de los tres parámetros considerados disminuyen con el aumento de la distancia, incluso varias veces, representando un fenómeno también mencionado en [16,47]. Además, se puede observar que los valores de estos parámetros están significativamente influenciados por la forma de la bobina. Curiosamente, el valor más bajo de eficiencia de transmisión de energía eléctrica se obtuvo para bobinas ovaladas cuando la distancia entre ellas no superaba los 30 mm, mientras que el valor más alto para este parámetro se obtuvo para bobinas de forma pentagonal. En el rango de cambios d de 10 mm a 20 mm, este valor fue incluso un 30% mayor que la eficiencia de transmisión de energía obtenida para las otras bobinas consideradas. También se puede observar que los valores más altos del coeficiente de acoplamiento se obtuvieron para bobinas de forma pentagonal en todo el rango de variaciones en la distancia entre las bobinas consideradas. El uso de bobinas pentagonales permitió aumentar el valor del coeficiente de acoplamiento entre las bobinas hasta en un 30%. Como se muestra en la literatura [49], la bondad Q de las bobinas tanto del transmisor como del receptor es un parámetro muy importante en la transferencia de energía inalámbrica mediante el fenómeno de inducción magnética. Este factor caracteriza las pérdidas de la bobina y depende principalmente del tamaño de la bobina, el grosor del cable y el material del que está hecho (alambre de cobre, aluminio, etc.). El valor predeterminado para este parámetro oscila alrededor de Q = 100. Un valor más alto para este parámetro da como resultado mejores propiedades del sistema TIP. Por otro lado, el artículo [50] investigó la influencia del factor Q en la potencia transmitida entre las bobinas transmisora y receptora y en la eficiencia de la transmisión de energía. Los resultados se muestran en la Figura 8.

Figura 8. Dependencia de la potencia transmitida entre las bobinas transmisora y receptora (a) y la eficiencia de la transmisión de energía (b) del factor de calidad de las bobinas.

A partir de la dependencia de la eficiencia de la transmisión de energía (Figura 8b), se puede ver que un aumento en Q de 20 a 110 causa una reducción en la eficiencia de la transmisión de electricidad en aproximadamente un 10%. Vale la pena señalar que el sistema aplicado permitió alcanzar una eficiencia muy alta en la transmisión de electricidad, casi el 90%. El artículo [51] describe la influencia del material ferromagnético y la frecuencia del voltaje transmitido en la eficiencia de la transferencia de energía inalámbrica. En el artículo citado se analizaron cuatro núcleos ferromagnéticos hechos de materiales como ferrita, sendust, polvo de hierro y aleación de NiZn. Estos tenían diámetros externos de 36, 27, 27 y 31 mm, diámetros internos de 23, 14,35, 14,5 y 19 y espesores de 10, 12, 14,6 y 13 mm, respectivamente. Las investigaciones se llevaron a cabo en el rango de frecuencia de 10 a 140 kHz. La Figura 9 muestra la dependencia de la eficiencia de transmisión de energía de los materiales mencionados con la frecuencia [51]. Figura 9. Dependencia de la eficiencia de la transmisión de energía de las frecuencias de diversos materiales ferromagnéticos. 

Como se muestra en la Figura 9, la frecuencia no influye significativamente en la eficiencia de la transmisión de energía con el uso de material de polvo de hierro. Sin embargo, el uso de este material produce un valor para el parámetro considerado hasta 10 veces menor que en el caso del material de ferrita y cuatro veces menor que en el caso del material NiZn en el rango de valores de frecuencia más altos. La mayor eficiencia se obtuvo con el uso del material de ferrita. Un aumento en la frecuencia de 10 a 140 kHz resultó en un aumento casi del doble

 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 15 35 55 75 95 115 P [W] Q (a) Receptor Transmisor d = 50 mm 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 15 35 55 75 95 115 η [%] Q (b) d = 50 mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 30 50 70 90 110 130 η [%] f [ kHz ] ferrita NiZn Sendust Irondust Figura 8. 

Dependencia de la potencia transmitida entre las bobinas transmisora y receptora (a) y la eficiencia de la transmisión de energía (b) del factor de calidad de las bobinas. De las dependencias presentadas en la Figura 8, se puede ver que la potencia recibida por la bobina receptora aumenta con un aumento en el factor Q. Aumentar este factor de 20 a 110 provoca un aumento de potencia de más de tres veces. A su vez, 

La Figura 9 muestra la dependencia de la eficiencia de transmisión de energía de los materiales mencionados con la frecuencia [51].

Figura 9. Dependencia de la eficiencia de transmisión de energía de los materiales magnéticos frecuentes.

Un aumento en la frecuencia de 10 a 140 kHz resultó en un aumento de casi el doble en la eficiencia de la transmisión de energía cuando se utilizó el núcleo de material de ferrita para la construcción del transmisor y el receptor. 

2.2.2. Transferencia de energía capacitiva

 La tecnología de transferencia de energía capacitiva utiliza un acoplamiento capacitivo entre el transmisor y el receptor, que son electrodos del capacitor en forma de cubiertas metálicas (placas). El sistema transmisor se alimenta de una fuente de voltaje alterno, lo que provoca la aparición de un potencial alterno transmitido a la carga en las cubiertas del receptor. La tecnología CPT es más barata que la IPT, pero su limitación importante es la distancia muy corta requerida entre el transmisor y el receptor [36,38,52]. Además, la CPT es una tecnología menos segura, pero ocasionalmente se utiliza en aplicaciones de pequeño tamaño, como implantes médicos. Además, por su flexibilidad y pequeño tamaño, esta tecnología se utiliza en ocasiones en sistemas reconfigurables o brazos robóticos. En la Figura 10 [53-55] se muestra un sistema CPT ejemplar.

Figura 10. Transferencia de energía inalámbrica: CPT

En el sistema que se muestra en la Figura 10, se pueden distinguir los mismos bloques en los lados del transmisor y del receptor, como en el sistema que se muestra en la Figura 3. Las funciones realizadas por estos bloques son idénticas a las funciones analizadas anteriormente. Una diferencia importante entre estos dos sistemas es la salida del transmisor y la entrada del receptor, que en este caso están representadas por dos placas de un condensador plano.

 3. Ventajas y desventajas de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía

 La Sección 2 presentó la clasificación de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía y discutió sus propiedades y diferencias entre ellos, indicando sus áreas de aplicación. Esta sección presenta las ventajas y desventajas de las tecnologías discutidas anteriormente. 

El Cuadro 1 presenta parámetros seleccionados de la tecnología TIP, mientras que el Cuadro 2 compara todas las tecnologías TIP. 

Tabla 1. Comparación de parámetros de varias tecnologías IPT [56].

Tabla 2. Ventajas y desventajas de la tecnología TIP [29].

CTP ITP MPT LPT

Ventajas

Transferencia de alta potencia

(hasta varios kW)

Posible obtener un

mayor eficiencia (90%)

Eficaz durante mucho tiempo

distancia de transmisión de

hasta varios km

Eficaz durante mucho tiempo

distancia de transmisión de

hasta varios km

Transfiere poder

sin generar un

corrientes parásitas

Transferencia de alta potencia

(por varios kW)

Adecuado para

teléfonos móviles

Adecuado para

teléfonos móviles

Reduce costos mediante el uso

placas de metal como

transmisor

y receptor

Buen aislamiento galvánico Tiene el potencial de

transferir varios kW

Tiene el potencial de

transferir varios kW

Muy bueno para los pequeños.

aplicaciones pero puede

También se puede utilizar en grandes

aplicaciones como

vehículos eléctricos

Se puede aplicar desde

pequeño (teléfono) a

dispositivos grandes

(vehículos eléctricos)

Desventajas

Eficiencia limitada en

el rango de 70-80%

Transmisión limitada

distancia de cm a m

Baja eficiencia,

menos de 10%

Baja eficiencia,

menos de 20%

Transmisión corta

distancia (máx. 100 mm)

El remolino significativo

las pérdidas actuales limitan la

área de aplicación

Implementación compleja La línea de visión hacia

El receptor

Algunos desafíos como

resultado del conflicto

entre la transferencia

distancia, poder y

valor de capacitancia

A su vez, la Figura 11 muestra la dependencia de la eficiencia energética η de la distancia d para las tecnologías analizadas en la Sección 2 [16]

Figura 11. Eficiencia de los sistemas inalámbricos de transferencia de energía en función de la distancia entre el transmisor y el receptor.

Como se mencionó anteriormente y se ilustra en la Figura 11, el valor de la eficiencia de transferencia de energía disminuye a medida que aumenta la distancia. Se puede observar que en el rango de distancias cortas esta eficiencia es la más alta (entre 68% y 95%), mejor obtenida utilizando la tecnología IWPT. 

Aumentar la distancia entre el transmisor y el receptor requiere un cambio en la tecnología de transferencia de energía y da como resultado una reducción de la eficiencia energética al 45-65%.

Los valores más bajos de eficiencia de transferencia de energía se obtienen utilizando la tecnología de transferencia de energía de campo lejano, donde el valor de eficiencia está significativamente influenciado por factores adicionales, por ejemplo, las condiciones climáticas, la construcción del transmisor y el receptor, el tipo de metamateriales utilizados para construir componentes del sistema inalámbrico de transferencia de energía de larga distancia, etc. Como se puede ver en los datos resumidos en la Tabla 1, el valor más alto del coeficiente de acoplamiento se produce en la tecnología que utiliza el campo eléctrico para transmitir energía eléctrica, pero la distancia en el que es posible transmitir esta energía es el más corto. Por otro lado, la tecnología que utiliza la frecuencia de resonancia para transferir energía se caracteriza por los valores más altos de la frecuencia de operación y sin pérdidas por histéresis, pero desafortunadamente tiene un valor de eficiencia de transmisión más bajo que el IWPT.

 Además, con la tecnología TAP MCR, el factor que reduce el valor de la eficiencia considerada son las importantes pérdidas que se producen debido a las corrientes parásitas que surgen. MCR WPT podría funcionar con un valor de frecuencia de señal más bajo, pero, como se presenta en el artículo [57], eso causa una disminución en la eficiencia del sistema y una disminución del factor Q. El rango de valores óptimo para la frecuencia en el que se puede obtener una alta eficiencia es de 5 a 20 MHz. 

Por otro lado, de las ventajas y desventajas de utilizar diversas tecnologías de transferencia de energía, como se resume en la Tabla 2, se puede ver que la tecnología con mayor potencial es la tecnología IPT. En consecuencia, esta es la tecnología de transferencia de energía eléctrica más utilizada debido a la posibilidad de obtener la mayor eficiencia de transmisión. Aunque IPT se caracteriza por la transferencia de energía en distancias cortas, su ventaja significativa es la posibilidad de transmitir energía de hasta varios kW.

 La segunda tecnología interesante que todavía se está desarrollando es la tecnología CPT. Sin embargo, actualmente se caracteriza por una eficiencia de transferencia de energía mucho menor que la IPT y una distancia más corta a la que la energía se puede transmitir de manera eficiente. Sin embargo, esta tecnología aún se está desarrollando y en la literatura hay ejemplos de CPT caracterizados por un alto valor de potencia transmitida. 

Por ejemplo, el artículo [58] presentó una solución donde utilizando cuatro en lugar de dos placas del condensador y aumentando su superficie se obtuvo una potencia igual a 1,5 kW. Las otras tecnologías indicadas, pertenecientes al grupo de transferencia de energía de campo lejano, como MPT, se caracterizan por una eficiencia de transferencia de energía muy baja. Además, la construcción del transmisor y del receptor es tan costosa que actualmente no son tecnologías con potencial comercial. 

4. Estándares para la transferencia de energía inalámbrica

Incluso a principios del siglo XXI, faltaban estándares de energía para dispositivos portátiles como los teléfonos móviles. Esto resultó en enchufes diferentes para cada modelo de teléfono. Para evitar tales problemas, se intentó introducir un estándar único para la alimentación inalámbrica de dispositivos electrónicos [59,60]. Sin embargo, el éxito en este ámbito se logró solo parcialmente, ya que en 2015 se habían desarrollado tres estándares para la transferencia inalámbrica de energía: - estándar QI [59]; - PMA (Alianza sobre Asuntos de Energía); - A4WP (Alianza para la Energía Inalámbrica). Sin embargo, en 2015, PMA y A4WP se fusionaron para formar una organización, el estándar AirFuel Alliance [61]. 

4.1. Estándar Qi 

El estándar Qi (un nombre chino que significa flujo de energía vital) fue el primer estándar para la transferencia inalámbrica de energía, desarrollado por Wireless Power Consortium e introducido en el mercado en 2008 [60,62]. En 2010 estuvo disponible una versión mejorada de este estándar, y el fabricante que promovió este estándar fue Nokia [58]. Posteriormente, otras empresas se sumaron a este estándar, como Toyota, LG, Samsung, Philips, Sony, Microsoft, Apple, Huawei, etc. [22,59]. Este estándar es el estándar líder en transferencia de energía y está dedicado a dicha transferencia basada en la tecnología IPT [59,62,63]. Este estándar permite cargar dispositivos con una potencia de 5 a 15 W, por ejemplo, teléfonos inteligentes. Sin embargo, se están haciendo esfuerzos para ualización del transmisor y del receptor), y la posibilidad de cargar un solo dispositivo. 

El estándar Qi distingue tres tipos de transmisores que permiten obtener el efecto de carga deseado [59]:

 posicionamiento guiado, posicionamiento libre (moviendo la bobina primaria) y posicionamiento libre (la matriz de la bobina Qi). 

4.1.1. Posicionamiento guiado

 Este es un estándar que informa al usuario sobre la coincidencia de las posiciones del transmisor y del receptor. En caso de discrepancia, se informa al usuario cómo mover el receptor en relación con el transmisor para devolverlo a su posición correcta para una carga más eficiente [54]. La coincidencia adecuada es posible gracias al imán dentro del transmisor, que atrae al receptor que contiene el atractor magnético. Un ejemplo de este tipo de transmisor se muestra en la Figura 12. Energies 2022, 15, x FOR PEER REVIEW 13 

El estándar Qi distingue tres tipos de transmisores que permiten obtener el efecto de carga deseado [59]: posicionamiento guiado, posicionamiento libre (moviendo el primcoil ) y posicionamiento libre (la matriz de bobina Qi).  

Figura 12. Transmisor con posicionamiento guiado.

Esta figura ilustra una configuración típica del transmisor y el receptor para transmitir energía según el estándar de posicionamiento guiado por Qi. Como se puede observar, en la parte central del transmisor, dentro de la bobina, se encuentra un imán M, que tiene la tarea de atraer el atractor contenido en el receptor dentro de la bobina. En este caso, el objetivo es colocar el atractor directamente encima del imán, lo que asegurará una perfecta coincidencia de ambas bobinas.

4.1.2. Posicionamiento libre: 

movimiento de la bobina primaria En este caso, el posicionamiento del receptor para que coincida correctamente entre el transmisor y el receptor se realiza cambiando la posición de la bobina primaria para moverla hacia el receptor (Figura 13). Para ello, el transmisor está equipado con un sistema de detección y localización del receptor. Después de detectar el receptor, el transmisor mueve la bobina del lado del devanado primario hacia el receptor. La ventaja de esta solución, como en el caso del posicionamiento guiado, es el uso de una sola bobina en el transmisor. El ajuste preciso de la posición entre las bobinas requiere el uso de un mecanismo apropiado que permita cambiar la posición horizontal de la bobina en el transmisor [59]

Figura 13. Transmisor con posicionamiento libre: moviendo la bobina

Como puede verse, los ejes x e y indican la posibilidad de mover la bobina horizontalmente

y verticalmente dependiendo de la ubicación del receptor

4.1.3. Posicionamiento libre:

 matriz de bobinas Este tipo de transmisor incluye una serie de bobinas distribuidas sobre toda la superficie del transmisor. En este caso, la disposición del transmisor y del receptor es más relajada. Para obtener una distribución homogénea de la fuerza magnética, las bobinas se apilan en capas, formando generalmente tres capas. El campo magnético generado por las bobinas sándwich es similar al campo magnético generado por las soluciones descritas anteriormente. Una ventaja de este tipo de transmisor es que las posiciones del transmisor y del receptor pueden ser arbitrarias, siempre que estén dentro de la fuerza magnética, lo que significa que no se requiere una alineación precisa de la posición entre el transmisor y el receptor. Sin embargo, una desventaja de esta solución es el desafío de implementar el posicionamiento en serie y en capas de las bobinas del transmisor en la PCB, manteniendo así la calidad en un nivel satisfactorio [59]. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de la implementación de un transmisor que contiene bobinas dispuestas en capas.

Figura 14. Transmisor con posicionamiento libre: bobina de matriz

Esta figura ilustra el transmisor que consta de una pluralidad de bobinas en capas repartidas por toda la superficie de su carcasa. Estas bobinas no pueden moverse hacia el receptor. En cambio, cuando el receptor se encuentra dentro del rango del campo magnético generado por alguna de las bobinas transmisoras (por ejemplo, las marcadas en amarillo), comienza la transferencia de electricidad.

4.2. Estándar AirFuel 

El estándar Power Matters Alliance fue introducido por la PMA, una organización sin fines de lucro que desarrolló un proceso de transferencia de energía utilizando ambas tecnologías IPT [22]. Recientemente, como se mencionó anteriormente, en una fusión de la organización PMA con A4WP, se creó el estándar AirFuel Alliance [61]. Este estándar ha sido adoptado por empresas como Duracell, Starbucks, Flextronics, Samsung Electronics, Toshiba Corporation, etc. [61]. En la actualidad, AirFuel Standard se especializa principalmente en tecnologías AirFuel Resonant y resonancia de energía RF. La ventaja del estándar AirFuel Resonant es el hecho de que es fácil de instalar y escalar y cuesta menos en comparación con una solución de transferencia de energía inductiva. Se observó que la tecnología AirFuel Resonant se implementa en infraestructuras públicas y privadas en Asia [62]. Esta tecnología permite la transmisión de energía a largas distancias (hasta varios metros) entre el transmisor y el receptor a una frecuencia de 6,78 MHz [61]. 

5. Aplicaciones TIP seleccionadas 

Como se mencionó anteriormente, en los últimos años ha habido un aumento significativo en el interés por la carga inalámbrica. Esta tecnología está empezando a ser ampliamente utilizada en diversas industrias, como la automotriz, la de equipos electrónicos (teléfonos, computadoras portátiles), la medicina, la militar y la espacial. El tipo de transferencia de energía utilizado está determinado por una serie de parámetros que deben adaptarse al dispositivo que requiere una fuente de alimentación inalámbrica, por ejemplo, el tamaño, la distancia entre el dispositivo que contiene el receptor y el transmisor, y la potencia nominal [64]. . Desde el punto de vista de la transferencia de energía a distancias muy largas, es adicionalmente importante diseñar un metamaterial apropiado que permita aumentar la eficiencia de esta transferencia, caracterizado por la transmitancia, permeabilidad y quiralidad adecuadas [64]. En esta subsección, a modo de ejemplo, se analiza el principio de transferencia inalámbrica de energía en la industria automotriz. Transferencia inalámbrica de energía en vehículos eléctricos Actualmente, el medio de transporte dominante son los vehículos con motor de combustión interna, que es la principal causa de contaminación ambiental [65]. Teniendo en cuenta el problema actual de disponibilidad de petróleo crudo y gas, y esforzándose por reducir el coeficiente de contaminación del aire, los coches eléctricos (EV) se están convirtiendo en una buena alternativa.

 Los coches eléctricos suelen dividirse en dos categorías: vehículos eléctricos híbridos (HEV) y vehículos totalmente eléctricos (AEV). En lo que resta de esta sección, nos centraremos únicamente en los coches totalmente eléctricos. Normalmente, estos coches utilizan baterías, supercondensadores y pilas de combustible como fuentes de energía. Dependiendo del tipo de vehículo eléctrico, es posible utilizar una o más de las fuentes antes mencionadas. A su vez, dependiendo de la fuente de energía, se pueden dividir en vehículos impulsados por baterías (BEV) que requieren un sistema de carga externo, y vehículos propulsados por pilas de combustible que no requieren un sistema de carga externo. En la literatura, muchos artículos están dedicados a los vehículos eléctricos y su clasificación, configuración, estándares para la carga por cable, etc. [65-68]. Sin embargo, se presta cada vez más atención a la alimentación inalámbrica de vehículos eléctricos [64]. Este proceso utiliza con mayor frecuencia el método IPT. La Figura 15 muestra una topología típica de suministro de energía inalámbrica dedicada a vehículos eléctricos.

Figura 15. Sistema de carga inalámbrico diseñado para vehículos eléctricos.

Este sistema consta de un receptor situado en el chasis de un coche eléctrico, mientras que el transmisor se sitúa bajo la superficie de la carretera, aparcamiento, etc. El transmisor incluye una fuente de energía de baja frecuencia, un convertidor con sistema de corrección del factor de potencia y un inversor de alta frecuencia, una bobina de compensación y una bobina transmisora, también llamada bobina primaria. A su vez, el circuito receptor incluye un circuito resonante que suministra energía al rectificador de alta frecuencia, al filtro y a la batería. La distancia entre el transmisor y el receptor depende del tipo de vehículo, del espesor de la superficie de la carretera y de la distancia al suelo, y normalmente no supera los 0,4 m. La frecuencia de resonancia del sistema de compensación de las bobinas transmisora y receptora determina la frecuencia de conmutación requerida de los inversores y normalmente oscila entre 20 y 100 kHz [64]. Además, como se describe en el trabajo citado, la eficiencia de la transferencia de potencia depende del diseño de las bobinas (redondo, solenoide plano, bipolar, tripolar, en zigzag) y de la topología del sistema de compensación. Esto se describió ampliamente, entre otros, en [40-42]. En el artículo [64], también se señaló que desde un punto de vista económico, la topología más adecuada del sistema de compensación para sistemas de alta potencia es la topología de SS (serie—serie) y SP (serie—paralelo). [59]. Un bloque importante en el sistema de suministro de energía inalámbrico para vehículos eléctricos es también el bloque responsable de la comunicación entre los circuitos para gestionar la demanda de energía [64]. El desarrollo de los vehículos eléctricos ha creado nuevas oportunidades en el transporte y la electricidad. Sin embargo, para que esta nueva tecnología funcione de manera uniforme en todo el mundo, es necesario estandarizar todos sus aspectos. La estandarización relacionada con la carga de vehículos eléctricos se puede dividir en tres áreas: estándares para componentes de carga de vehículos eléctricos, estándares para la integración con la red EVGI (Electric Vehicle Grid Integration) y estándares de seguridad [64,65,69]. La principal organización que estandariza los vehículos totalmente eléctricos es la Organización Internacional de Normalización (ISO), mientras que existen muchas otras organizaciones que estandarizan los componentes de los sistemas de carga de vehículos eléctricos [65]. Existen varios estándares disponibles en el mundo para la carga de la infraestructura de vehículos eléctricos. SAE e IEEE son utilizados por los fabricantes de componentes de vehículos con sede en EE. UU., mientras que IEC se utiliza ampliamente en Europa [65]. Por su parte, Japón utiliza los estándares CHAdeMO y China—Guobiao (GB/T). La información detallada sobre la estandarización antes mencionada se describe, entre otros, en los artículos [65,70,71]. Los estándares definidos como IEC/ISO [65,72] se aplican a los estándares más importantes para la transferencia inalámbrica de energía en vehículos eléctricos. Estos estándares se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3. Estándares DAP para vehículos eléctricos [64,65].

Como puede verse en los datos presentados en la Tabla 3, existen ocho estándares para la transferencia inalámbrica de energía en vehículos eléctricos.

La primera norma es una especificación general para la TIP y cubre, entre otras cosas, la compatibilidad electromagnética, el campo electromagnético, la seguridad, las pruebas, etc.

 La segunda norma es un documento que contiene recomendaciones para el diseño de dispositivos de transferencia de energía que permitan el mantenimiento de una alta calidad de energía. 

El tercer estándar está dedicado a la comunicación entre el transmisor y el receptor y sistematiza los tipos de mensajes que pueden enviarse. 

La cuarta norma proporciona directrices sobre cómo limitar los efectos de los campos eléctricos y magnéticos en la salud humana.

 La quinta norma define el procedimiento para los trabajadores con marcapasos implantados. Esta norma propone diferentes escenarios para la realización de una evaluación de riesgos. Si un empleado tiene otros dispositivos médicos implantables activos (AIMD), estos deben evaluarse por separado. Un enfoque específico implica la determinación del riesgo de exposición a campos electromagnéticos para los trabajadores con marcapasos implantados. 

La sexta norma especifica los requisitos y el funcionamiento de los equipos a bordo del vehículo, que permiten la transferencia inalámbrica de energía en un campo magnético para cargar las baterías de tracción de los vehículos eléctricos. Está destinado a su uso en turismos y vehículos comerciales ligeros. Esta norma se centra, entre otros, en la potencia transferida, la distancia entre el transmisor y el receptor (espacio libre), los requisitos de interoperabilidad entre dispositivos EV (vehículos eléctricos) de diferentes clasificaciones y sistemas relacionados fuera de los vehículos, los requisitos de rendimiento en diferentes condiciones, incluidos estos entre diferentes fabricantes y clasificaciones, requisitos de seguridad y procedimientos de prueba. 

La séptima norma regula el método de intercambio de información y energía entre los coches eléctricos, el almacenamiento de energía y la red eléctrica del operador. 

La octava norma se refiere a un dispositivo de suministro de energía para cargar vehículos eléctricos mediante métodos inalámbricos con tensiones nominales estandarizadas según IEC 60038 de hasta 1000 V CA y hasta 1500 V CC. Esta norma especifica, entre otras cosas, las características y condiciones de funcionamiento del dispositivo de suministro de energía, la especificación del nivel requerido de electricidad Actualmente, esta tecnología tiene desventajas que hemos querido señalar, como la dependencia de la eficiencia de la transmisión de energía eléctrica de la distancia entre el transmisor y el receptor. Se ha demostrado que un aumento de la distancia vertical entre el transmisor y el receptor da como resultado una reducción de hasta tres veces el valor del coeficiente de acoplamiento entre las bobinas. Además, un cambio en la posición horizontal del receptor con respecto al transmisor puede dar lugar a una reducción del valor del parámetro antes mencionado hasta en un 50%. También observamos cómo la forma de las bobinas tiene una influencia significativa en las propiedades de los sistemas inalámbricos de transmisión de energía eléctrica. Los resultados del análisis mostraron que las mejores propiedades y, lo más importante, el valor más alto de eficiencia de transferencia de potencia se obtuvieron cuando tanto el transmisor como el receptor tenían forma pentagonal. Además, se observó que se puede obtener un alto valor de eficiencia de transferencia de energía utilizando núcleos ferromagnéticos hechos de materiales de ferrita. El uso de los núcleos antes mencionados también permite reducir las pérdidas relacionadas con la aparición de corrientes parásitas o perturbaciones EMI. Sin embargo, la eficiencia potencial todavía depende del tamaño de las bobinas transmisora y receptora, y en los sistemas de alta potencia su valor está significativamente influenciado por los parámetros del sistema de compensación. La literatura también suele referirse a un factor que limita las propiedades de la TIP como las pérdidas de energía resultantes del calentamiento de los componentes de este sistema, pero todavía no se ha dedicado mucho trabajo a esta cuestión. En general, las cuestiones relacionadas con la transferencia de energía inalámbrica son de actualidad y determinan nuevas áreas de investigación destinadas a aumentar la eficiencia de la transferencia de energía de una manera segura, de bajo costo y posiblemente menos complicada.

 De cara al futuro, se espera que los sistemas TIP sigan evolucionando y encuentren aplicaciones más amplias. También se espera que la eficiencia de la transferencia de energía aumente en los próximos años. Contribuciones del autor: Conceptualización, K.D. y KG; recursos, KD; redacción: preparación del borrador original, K.G. y KD; redacción: revisión y edición, K.G. y KD; visualización, KD; supervisión, K.G. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito. Financiamiento: El proyecto fue financiado en el marco del programa del Ministerio de Ciencia y Educación Superior denominado “Regionalna Inicjatywa Doskonało´sci” en los años 2019-2022, número de proyecto 006/RID/2018/19 (suma de financiación: 11.870.000 PLN). Declaración de disponibilidad de datos: No aplicable. Conflictos de intereses: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

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Redes de comunicación inalámbricas basadas en microondas y ondas milimétricas: una encuesta.

La transmisión y recolección de energía inalámbrica de campo lejano han surgido recientemente como una posible fuente alternativa para alimentar las redes de comunicación de próxima generación. La capacidad de proporcionar una fuente de energía estable, controlable y bajo demanda en los dispositivos de comunicación de baja potencia que se encuentran a distancia se logra mediante la integración de un circuito de recolección de energía de RF integrado en el dispositivo o unidad receptora de información. Este trabajo de investigación se basa en un estudio exhaustivo sobre el progreso de las redes de comunicación inalámbricas (WPCN) en los últimos años. En primer lugar, analiza una descripción general de las redes de comunicación de recolección de energía de RF con la arquitectura del sistema, las técnicas de administración de energía utilizadas en el receptor y las técnicas existentes disponibles en la literatura para mejorar la WPCN. La formación de haces de energía en WPCN basada en microondas y ondas milimétricas se analiza con conocimientos específicos sobre la evolución de algoritmos de formación de haces eficientes para mejorar el rendimiento del sistema. También se derivan algunos desafíos técnicos importantes y direcciones de investigación con el propósito de brindar a los investigadores conocimientos útiles en esta área emergente de investigación que tiene un enorme alcance de mejoras en el futuro cercano de la tecnología de comunicación verde.

Palabras clave: recolección de energía, formación de haces de energía, WPCN, red de comunicación MicroWave, mm Wave red de comunicación, encuesta 

I. INTRODUCCIÓN

 La historia de la tecnología de transferencia inalámbrica de energía (WPT) es Tan fascinante como su futuro emergente. Lo más temprano Los experimentos fueron realizados por Nicola Tesla [1-2] y Brown [3], hace un siglo. Tesla lo ha puesto en marcha con el objetivo de construir un sistema TIP robusto para su utilización en todo el mundo para suministro eléctrico [1]. Dado que su enfoque implicaba uso deliberado de transmisión de energía para alimentar sistemas remotos dispositivo, hubo algunos problemas de seguridad que acompañaron a esos Radiaciones electromagnéticas peligrosas. Aunque después de Tesla trabajos fenomenales en transferencia de energía inalámbrica han perdido su importancia en la investigación durante algunos años, recuperó su significado nuevamente. Ha habido avances significativos en el ámbito de la captación de energía inalámbrica o TIP [4] y transferencia inalámbrica de información y energía (WIPT) [5] en el pasaron pocos años. El foco de la investigación se centra principalmente en desarrollar nuevos modelos y protocolos de recolección de energía (EH) y métodos de transmisión. La comunicación WIPT Los sistemas son diferentes de la batería convencional. sistemas de comunicación operados. Por lo tanto, nuevo Infraestructura de comunicación compatible con redes inalámbricas. Se necesita transferencia de información y poder para hacer El sistema de comunicación inalámbrico de hoy en día que es compuesto por sensores electrónicos de potencia ultrabaja y dispositivos, autosostenibles. 

Uso de nuevos materiales como el Litio iones, semiconductores III-V, heteroestructuras y La nanotecnología ha estado revolucionando el factor de forma de dispositivos electrónicos, sensores y baterías [6, 7]. También tiene mejoraron notablemente su densidad energética. Desde WIPT implica una extracción de energía relativamente estable a pequeña escala, por lo que se considera como la opción más confiable para hacer que la red de dispositivos de potencia ultrabaja sea autosuficiente. La EH o WPT inalámbrica se puede realizar de dos métodos: cerca método de inducción de campo y radiación electromagnética de campo lejano método. 

El método de campo cercano incluye inductivo resonante. acoplamiento [8] y acoplamiento magnético [9] basado en bobinas que necesita una alineación estricta entre el transmisor y receptor. La atenuación en la potencia recibida en caso de proximidad El campo WPT varía como el cubo de la distancia de carga y como cuadrado de la distancia de carga en TIP de campo cercano. Campo lejano El método TIP utiliza la recolección de energía por radiofrecuencia (RFEH) a través de una recena y soporta una cobertura más amplia zona lo que hace de este el método más adecuado para ser empleado en sistemas WIPT [10]. La capacidad de captación de energía inalámbrica de campo lejano es crudamente aproximado por la densidad de potencia de su antena receptora es decir., ¿Dónde está la impedancia característica de libre? espacio (377Ω) y es la intensidad del campo eléctrico. Así, un un campo eléctrico de 1 v/m puede producir 0,26 µ w/cm 2 .

La cosechada

 La energía se optimiza suficientemente a través del circuito multiplicador. Se utiliza en la reccena y se almacena en un recipiente recargable. batería o condensador. En la práctica actual, el ampliamente utilizado Los sistemas RFID utilizan WPT en campo cercano o lejano acercarse. La etiqueta RFID consume energía en el rango de 1- 100 µw [11]. Actualmente, la tendencia de investigación más popular sobre La implementación de RFEH es su utilización en sistemas inalámbricos. tecnología de la comunicación. Tanto la captación de energía como La comunicación se puede realizar desde las fuentes de RF a través de Algunos modelos de sistemas de comunicación efectivos desarrollados. en la última década, como por ejemplo: alimentación inalámbrica red de comunicación (WPCN), información inalámbrica y transferencia de energía (WIPT), información inalámbrica simultánea y transferencia de energía (SWIPT). Entre estos SWIPT se encuentra suma importancia ya que utiliza la misma señal transmitida para recolectar energía y luego utilizar esta energía para decodificar la información deseada [12]. Este rendimiento puede ser mejor. logrado mediante el uso de la técnica de retransmisión cooperativa también denominada comunicación cooperativa inalámbrica. A división de potencia, conmutación de tiempo o antena separada La arquitectura se implementa en el nodo de retransmisión o en el nodo receptor de este sistema de comunicación SWIPT. En transmisor de antena única generando omnidireccional. radiación, la pérdida de la ruta de propagación es mayor, lo que resulta en baja eficiencia W PT. Multiantena y señal avanzada Se utilizan técnicas de procesamiento para mitigar este problema bastante. eficientemente [13-16]. Una mejora notable en la energía. La eficiencia de transferencia se puede lograr mediante la formación de haces. Técnicas que emplean múltiples antenas. 

Así, sin uso de ancho de banda adicional y potencia de transmisión, WPCN puede operar de manera efectiva. Los algoritmos de formación de haces pueden ser explorado para dirigir la señal hacia el objetivo deseado. dispositivos receptores [17-22]. El canal mmWave exhibe algunos características de propagación explícitas que pueden aprovecharse para mejorar la aplicación eficaz de la formación de haces. El La comunicación mmWave es una tecnología eficiente y útil. para satisfacer los requisitos de comunicación de sistemas ultradensos redes de próxima generación para el mayor ancho de banda que puede proporcionar [24]. Además, su alta frecuencia facilita la sistema con gran cantidad de antenas de muy pequeño tamaño que Se puede utilizar para mejorar la ganancia general de la antena en el transceptores. 

Se pueden utilizar diferentes técnicas de formación de haces. mejor aprovechado en tal caso para aumentar aún más la energía y eficiencia de transferencia de información [25]. De lo contrario, Las señales mmWave sufren altas pérdidas de propagación y son más susceptibles a los obstáculos que las señales por debajo de 6 GHz [23]. Como resultado, la TIP en ondas milimétricas, específicamente en grandes Las redes de escala crean nuevos desafíos y alcances [23-29]. TIP en sistemas de comunicación, que se clasifica en dos arquitecturas prácticas: (WPCN) [17] y (SWIPT) son El futuro de la tecnología de comunicación verde.

 Generalmente, un WPCN admite la señal de enlace descendente (DL) que transmite energía mientras que la señal de enlace ascendente (UL) se utiliza para información transferir. Un SWIPT en general se refiere a una red. arquitectura donde tanto la información como la energía están obtenido de la señal de enlace descendente. A pesar de que ha Ha habido una buena cantidad de trabajos de investigación sobre mmWave. Comunicaciones y temas relacionados con mmWave. red de comunicación son extensas, existen relativamente número muy limitado de trabajos considerando tanto mmWave y TIP en un sistema. Sin embargo, ambas tecnologías son investigado como desempeño específico en escenarios específicos en Red de comunicaciones mmWave [23-30]. por lo tanto, nosotros han presentado una encuesta completa con información útil en RFEH tanto en comunicación por microondas como por ondas milimétricas redes y se presenta un análisis efectivo basado en la número limitado de literatura específica disponible. Aquí el Señales sub-6 GHz destinadas a comunicaciones convencionales. Las redes se consideran señales de microondas. 

Concretamente, la contribución de este artículo es triple:

 (i) Encuesta sobre arquitectura de WPCN y energía Diseño de formación de haces en WPCN basado en microondas.

 (ii) Estudio y análisis de la energía de transmisión. WPCN basado en ondas mm de formación de haces.

 (iii) Finalmente, hemos discutido algunos aspectos importantes desafíos técnicos y direcciones de investigación en WPCN basado en microondas y ondas milimétricas. 

II. FORMACIÓN DE HAZ DE ENERGÍA EN MICRO ONDAS WPCN BASADO

 Inicialmente, hemos explicado tanto la arquitectura del sistema como Arquitectura del receptor con el que funciona un WPCN utilizando RF. formación de haces de energía. Entonces una encuesta eficaz sobre energía. La formación de vigas para WPCN se ha realizado basándose en algunos importantes hallazgos de investigación de revistas seleccionadas de renombre. Un Modelo de sistema de red de recolección de energía de RF El modelo de sistema de un sistema WPCN centralizado [17]

 La arquitectura se muestra en la Fig. 1. Tiene un punto de acceso híbrido. (HAP) y algunos nodos de dispositivos móviles/estáticos. El HAP es un estación base (BS) que también actúa como fuente de energía de RF para los nodos de la red. En lugar de HAP, energía RF exclusiva fuentes o algunas fuentes de RF ambientales (por ejemplo, teléfono y torres de televisión) que funcionan sólo como RF transmisores de energía. La potencia operativa de la parte EH es generalmente mucho más alto en comparación con la información parte receptora. Por lo tanto, el radio de la región EH suele ser más pequeño que el de la región de transmisión de información.

Fig.1 Un modelo de sistema típico de una red de recolección de energía de RF.

requisito de consumo mínimo, la cantidad de residuos de la energía se almacena en la batería.

 La antena o conjunto de antenas utilizadas para la formación de haces en el El transmisor está diseñado para funcionar en una frecuencia o en una número de bandas de frecuencia. La energía puede ser recolectada por el nodo de red de una o múltiples fuentes de RF simultáneamente. La eficiencia de la antena contribuye significativamente a la eficiencia general de la energía de RF segador. Para un modelo de nodo general descrito aquí, el Los nodos de la red tienen un recolector de energía de RF separado. y transceptor de RF. Así, los nodos son capaces de realizar EH y transmisión de información simultáneamente. 

Las señales RF transportan energía además de información. Por lo tanto La recepción de información y EH se pueden realizar desde el misma señal RF de entrada usando conmutación de tiempo, alimentación algoritmos de división. Esta arquitectura se conoce como Concepto SWITCH [3].

 El SWIPT permite la asignación de la misma antena o conjunto de antenas para decodificador de información y cosechador de energía. 

La recepción de información y el trabajo de EH. en diferentes sensibilidades de potencia (por ejemplo, −10 dBm para EH mientras que −60 dBm para recepción de información) [17]. Este Fomenta los esfuerzos de investigación en la dirección del diseño de Receptores WPCN eficientes. B. Formación de haces de energía en WPCN 

En [14], los autores abordan entradas múltiples masivas y Sistema WIPT basado en sistema de salida múltiple (MIMO) donde La asignación de recursos es un tema importante en la mejora. de eficiencia de la información por tarifa energética (en bit por Joule). 

En este trabajo los autores han abordado la cuestión a través de un sistema que consta de dos componentes. Esos son un transmisor de energía (ET) ubicado en el mismo lugar y algunos receptor de información (IR) junto con transmisor de información (ÉL). Se adapta un esquema simple basado en franjas horarias. Este El esquema divide un intervalo de tiempo en dos subintervalos. En el primero subranura, la energía se entrega desde el transmisor a través la señal de RF y en la segunda sub-ranura de tiempo el IT transmite información. 

La maximización de la eficiencia energética es logrado con la formulación de una programación fraccionaria problema que es de naturaleza no convexa. Restricciones en el tiempo La duración de la transferencia de energía de RF y la tasa de información son tenido en cuenta durante la formulación. Lagrange 

Se utiliza el método del multiplicador para obtener este problema. Sin embargo, el autor ha utilizado el método Dinkelbach [15] para asignar recurso para maximizar tanto la potencia de transmisión como tiempo necesario para la transferencia de energía de RF. velocidad rápida de La convergencia y la alta eficiencia energética se logran utilizando diversidad mediante el uso de un mayor número de antenas. 

Adaptación de políticas de modulación, codificación y operación del receptor. y el protocolo de enrutamiento en el receptor debe ser energéticamente eficiente y de baja potencia para adaptarse a las limitaciones de Dispositivos de potencia de RF. Esto crea el requisito de rediseñar los métodos y algoritmos existentes en el Receptor de red convencional. 

El trabajo en [16] diseña e investiga un sistema eficiente Formación de haces de energía para un sistema multiusuario. Un momento acceso múltiple por división (TDMA) basado en entrada múltiple y El sistema de salida única (MISO) se alimenta a través de una fuente de alimentación. estación. Tanto la formación de haces de energía como la asignación de tiempo son diseñado. Se adapta un enfoque de programación no convexo. para maximizar el rendimiento de la suma del sistema. un semidefinido Se utiliza técnica de relajación para delimitar el problema. a uno convexo. La rigidez y la optimización global de la aproximación de relajación semidefinida formulada es demostrado. También se intenta reducir la complejidad de la implementación. reducido significativamente al obtener una solución de semi rápida forma cerrada. 

Un sistema MISO con información imperfecta del estado del canal. (CSI) basada en TIP que utiliza formación de haces adaptativa está diseñada en [17]. Se adapta un protocolo de transmisión basado en tramas. En la trama, inicialmente el receptor realiza una estimación CSI utilizando los preámbulos enviados por el transmisor. Entonces el El CSI estimado se envía al transmisor, después de lo cual el El transmisor transmite mediante formación de haces. El trabajo está dirigido en la explotación del equilibrio entre la duración del tiempo Requerido para estimación de canal, transferencia de potencia y potencia. Asignación para la máxima maximización de la recolección de energía. 

El trabajo en [18] ha utilizado la formación de haces oportunista en el enlace descendente con aleatoriedad espacial. El WPT se utiliza para alimenta una retroalimentación de 1 bit de formación de haces oportunista utilizada mediante terminales de enlace descendente multiantena. El corte del haz La probabilidad se obtiene utilizando estática de alto orden y geometría estocástica. [19] ha propuesto una WPT adaptativa Técnica que utiliza balizas eléctricas para cargar sensores cercanos. nodos de manera eficiente. Restricciones tanto en la intensidad de la energía Se consideran el haz y el número de nodos sensores para obtener una radio para un funcionamiento óptimo de la WPT. 

En [20] un adaptativo ciego El algoritmo de formación de haces se utiliza para TIP con el análisis Modelado de canales. Este algoritmo es menos complejo ya que hay no existe ningún requisito de estimación explícita del CSI. Un banco de pruebas compuesto por radio definida por software de múltiples antenas para transmisión y una unidad EH programable en recepción iver es diseñado para validar el modelo TIP. La propuesta Se encuentra que el modelo con mayor número de antenas tiene el potencial que se puede implementar para alimentar los sistemas de IoT. 

El trabajo en [21] ha diseñado e investigado un formación de haces retrodirectiva en una TIP de baja complejidad sistema. El sistema consta de múltiples receptores de energía. Los ER envían una señal de baliza común a la vez al ET. La suma de las señales recibidas se conjuga simplemente y amplificado en el ET y enviado a todas las salas de emergencia para EH. El “doblemente Se aborda el problema “cercano-lejano” y se logra la equidad para el usuario. con una propuesta de actualización de energía de baliza de enlace ascendente distribuida algoritmo. El algoritmo ajusta independientemente el valor de ER. potencia de baliza basada en la potencia actual recolectada iterativamente.

 En [22] la TIP se estudia utilizando balizas de potencia y Formación de haces de energía en una red de sensores inalámbricos. El problema no convexo de la gestión de recursos para la energía. La eficiencia en la red se resuelve con el desarrollo. de un algoritmo de baja complejidad. Se ha encontrado que es superior en rendimiento en comparación con [14] que utiliza el tradicional Método Dinkelbach [15].

III. FORMACIÓN DE HAZES DE ENERGÍA EN ONDAS MM WPCN 

En una WPCN típica, la señal DL transmite energía mientras que la señal UL se utiliza para la transferencia de información. 

En [23] un Análisis de rendimiento en MIMO masivo basado en mmWave El sistema se lleva a cabo tanto en condiciones lluviosas como no lluviosas. Del análisis comparativo se infiere que el WPT se mejora con el número de antenas en la BS y número de dispositivos receptores de energía. Sin embargo, WPT obtiene reducido con el aumento de los parámetros de lluvia desde el inicio del funcionamiento. la frecuencia se ve afectada. Este problema se encuentra resuelto. con realización de pequeñas estructuras celulares en mmWave red. Varios aspectos de la realización de TIP en mmWave La red de comunicación se considera en [24-26]. 

En [24], los autores consideran la transferencia de energía y/o información sistema en un escenario de red mmWave usando estocástico Análisis basado en geometría. Han demostrado que mmWave La red supera a la red de microondas en el caso de la TIP capacidad. 

El trabajo en [25] se basa en la realización y Análisis del rendimiento del sistema TIP en la densa onda milimétrica. Red o red sub-6 GHz. Una pequeña densidad celular es obtenido para un nivel deseado de energía o tasa recolectada. Él También muestra que las redes densas basadas en mmWave funcionan mejor que una red sub-6 GHz. 

Los autores de [26] han discutido sobre el rendimiento alcanzable de mmWave basado Sistema SWIP. Una nueva figura de mérito, es decir, conjunta Función de distribución acumulativa complementaria (JCCDF) se acuña. Desde la JCCDF, la tasa de información y Se puede analizar la potencia obtenida. Muestra que mmWave La red basada en JCCDF tiene un mejor rendimiento en comparación a las redes convencionales basadas en microondas.

 En [27-29], funciona con tecnología inalámbrica basada en mmWave. Se discuten las redes ad-hoc. [27] Considera una potencia Red ad-hoc mmWave basada en balizas (PB) con transmisores, recolectando energía de múltiples PB. La energía recolectada se puede utilizar para obtener información. transmisión al receptor deseado. El efecto del sistema. Se proporcionan parámetros sobre el rendimiento de la red. La probabilidad de cobertura de energía de los transmisores se obtiene utilizando geometría estocástica. 

En [28] el autor ha considerado la efecto de bloqueos y direccionalidad en un direccional ad-hoc Red equipada con sistema SWIPT. Ha demostrado que beneficia al sistema al aumentar el rendimiento de EH.

El trabajo en [29] representa un estudio de viabilidad sobre mmWave. WPT basado, considerado como trabajando en una red táctica. utilizando antenas direccionales y PB. Cobertura energética probabilidad de interrupción y probabilidad general de éxito del sistema se caracterizan utilizando geometría estocástica. ha demostrado que el aumento de la densidad de la red puede mejorar el EH cosechar el rendimiento de una red. 

En [30], la formación de haces está diseñada para un sistema basado en mmWave. Sistema MIMO masivo con arquitectura SWIPT. La multidifusión-unidifusión conjunta basada en matriz de Lensantenna se utiliza para desarrollar un esquema de selección de vigas junto con fuerza cero precodificación. Una optimización conjunta de la potencia unicast, multicast. La relación de formación de haz y división de potencia se logra para formulación de un problema de maximización de tasa suma con consideración de las limitaciones en la potencia máxima de transmisión y potencia mínima recibida para EH. la articulación El problema de optimización se transforma luego en un problema convexo. problema utilizando el método de aproximación convexa sucesiva. La eficacia de este esquema se verifica en el artículo. mediante simulación. Se ha estudiado la estimación distribuida. antes incluso con sensores de recolección de energía. 

IV. DESAFÍOS TÉCNICOS IMPORTANTES Y DIRECCIONES DE INVESTIGACIÓN

 Los dispositivos alimentados por RFEH en general funcionan con estrictas restricción de potencia de operación. Por lo tanto, no suele ser Es práctico para ellos utilizar algoritmos computacionales elevados. Técnicas de comunicación asociadas, como la modulación, codificación, política de operación del receptor y protocolo de enrutamiento, a ser deben seguirse para ser lo suficientemente eficientes energéticamente y de baja potencia. Por lo tanto, el consumo de energía es un problema grave. Problema en dispositivos inalámbricos de campo lejano. se siente el necesidad de restablecer los sistemas existentes esquemas de comunicación con versiones adecuadas modificadas de algoritmos con característica adicional de alimentación inalámbrica en el Redes convencionales de transferencia de información basadas en mmWave.

 Algunas direcciones de investigación importantes en esta área de La investigación está explotando la formación de haces de energía distribuida para mejores ganancias de diversidad [31-33], optimización de la recepción potencia y potencia de transmisión simultáneamente optimizando ya sea el coeficiente de conmutación de tiempo o de división de potencia, utilice de RHEH en la alimentación de relés cooperativos con energía CSI requerimiento y optimización de la conversión de energía Eficiencia en el circuito EH. La retransmisión cooperativa [34,35] es Otra técnica potencial que se puede explorar en Redes de comunicación para reducir el problema de la pérdida de ruta. y mejorar la transferencia de energía y potencia. efectivamente. Para fortalecer las WPCN, se avanzó técnicas de criptografía [36] y redes robustas Las arquitecturas se pueden explotar para asegurar y mejorar. La comunicación de datos en un sensor alimentado sin cables. redes [36-37]. 

CONCLUSIÓN V

 Un extenso estudio basado en la discusión sobre el desarrollo de Las investigaciones sobre WPCN inalámbricas son bastante efectivas. discutido de manera integral teniendo en cuenta tanto las redes de recolección de energía de RF (RF-EHN), es decir, Se consideran WPCN basados en microondas y ondas milimétricas. El estructura de RF-EHN con sistemas y receptores Arquitecturas, técnicas habilitantes y aplicaciones existentes. son considerados. Los antecedentes de la formación de haces de energía y su desarrollo sucesivo en los últimos años para WPT en La red de comunicación de microondas y mmWave es encuestados de manera efectiva. Finalmente, se brindan algunas ideas útiles. y discutido sobre las direcciones futuras y prácticas Desafíos enfrentados en la realización de RFEH eficiente. técnicas en redes de comunicación mmWave.

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Redes futuras con transferencia y recolección de energía inalámbrica

 Redes futuras con Transferencia de energía inalámbrica y Recolección de energía

Por BRUNO CLERCKX, miembro del IEEE

Editor invitado

ZOYA POPOVIC, ´ Compañera IEEE

Editor invitado

ROSS MURCH, miembro del IEEE

Editor invitado

La comunicación inalámbrica mediante radiación de radiofrecuencia (RF) existe desde hace más de 100 años y ha dado forma nuestra sociedad de manera significativa durante los últimos 40 años. Sin embargo, La tecnología inalámbrica no se trata sólo de comunicaciones. por muy alcances cortos, el suministro de energía inalámbrico mediante transferencia de energía inductiva se ha convertido en una realidad a través de varios comerciales productos y estándares (inalámbricos Power Consortium, Power Matters Alliance, Alliance for Wireless Power y Rezence). Campo lejano transferencia inalámbrica de energía (WPT) y recolección de energía inalámbrica (WEH) a través de RF (como en las  comunicaciones inalámbricas), por otro lado, podría ser utilizado para un alcance más largo. A pesar de Durante mucho tiempo se ha visto como un potencial. para alimentar dispositivos de bajo consumo, Hace poco que la tecnología inalámbrica (a través de RF) ha sido reconocida como una tecnología prometedora para afrontar la explosión de dispositivos de baja potencia 

El especial de este mes problema proporciona una visión general de la lo último tecnología y teoría para el futuro redes con inalambrico transferencia de poder y recolección de energía. en futuras redes. Impulsado por la reducción de las necesidades energéticas de la electrónica dispositivos (recordemos la ley de Koomey según la cual, dentro de 20 años, un dispositivo requieren 10 000 veces menos energía para calcular una tarea determinada) y la llegada de billones de objetos de dispositivos de Internet [Internet de las cosas (IoT)], es necesario repensar el diseño de la red del futuro para que la tecnología inalámbrica pueda alcanzar su máximo potencial potencial no sólo para transportar información sino también para transferir energía.

Fecha de la versión actual 6 de enero de 2022.

Identificador de objeto digital 10.1109/JPROC.2021.3133676

Investigaciones recientes sostienen que la El futuro de las redes inalámbricas irá más allá de la transmisión tradicional centrada en la comunicación. Tal como la conexión inalámbrica ha interrumpido la conexión inalámbrica comunicaciones en el pasado 40 años, la tecnología inalámbrica revolucionará la entrega de energía inalámbrica. Sin embargo, la tecnología inalámbrica actual Las redes están diseñadas sólo para comunicación. Aunque inalámbrico La comunicación se ha convertido en un tecnología relativamente madura actualmente evolucionando hacia la quinta generación, el desarrollo de La energía inalámbrica aún está en su infancia. y ni siquiera ha llegado a primera generación. no hay un solo estándar para la TIP de campo lejano.

La energía inalámbrica traerá muchas nuevas oportunidades como sin cables,sin contactos, sin pilas, pequeño factor de forma, movilidad genuina y un perpetua, predecible, dedicada,Energía confiable y bajo demanda suministro en lugar de ambiente tecnologías de recolección de energía (solar, térmica, vibración). 

Esto es muy relevante para el futuro.redes con ubicuidad y dispositivos autónomos de baja potencia,  

Escaneando el problema comunicación de dispositivo a dispositivo, y IoT con conectividad a gran escala. También previene (o reduce) la eliminación masiva de baterías, que a su vez preserva el medio ambiente y permite la operación en lugares peligrosos o entornos de difícil acceso (por ejemplo, implantes biomédicos).

El WPT tiene una larga historia. Después de Tesla intento en 1899, todos los experimentos de TIP en 1960-2000 estuvieron dirigidos hacia transmisiones de largo alcance y alta potencia (como satélites impulsados por energía solar y aviones impulsados por radio).

Más recientemente, WPT y WEH han generó un considerable interés por entregar energía relativamente baja (por ejemplo, µWa varios W) en distancias moderadas (por ejemplo, de varios ma varios cientos de m)

debido a la necesidad de establecer una fuente de alimentación inalámbrica confiable y conveniente sistema para cargar remotamente varios

dispositivos de potencia baja a media, como

como etiquetas RFID, sensores y consumidores

electrónica.

Además, mientras las ondas de radio

transportar simultáneamente energía y

información, la transmisión de

estas cantidades tradicionalmente

sido tratados y estudiados por separado.

Esto aisló aún más la conexión inalámbrica.

ingeniero de energía de la red inalámbrica

ingeniero de comunicación. En cambio,

imagine una red inalámbrica, por ejemplo, WiFi

o más allá del 5G, donde la información y

La energía fluye juntos a través de una conexión inalámbrica.

medio. Comunicaciones inalámbricas, o

transferencia inalámbrica de información (WIT)

y WPT, representan dos extremos

estrategias, comunicaciones dirigidas

solamente y fuente de alimentación, respectivamente.

Por otro lado, el integrado

diseño de información inalámbrica y

transmisión de potencia (WIPT) tiene la

capacidad de evolucionar suavemente entre

estos dos extremos para hacer lo mejor

uso del espectro de RF/radiación

y la infraestructura de red para

comunicar y energizar.

El diseño de la energía inalámbrica.

Los sistemas y la integración de la energía inalámbrica y la comunicación inalámbrica presentan nuevos desafíos y

oportunidades y requieren un paradigma

Cambio en el diseño de redes inalámbricas. Como resultado, en los últimos años,

numerosos problemas de investigación nuevos y

Han aparecido retos que abarcan

un amplio gama de disciplinas como

Electrónica de potencia, teoría y tecnología de microondas, RF y antena.

diseño, teoría de la comunicación, teoría de la información, teoría de circuitos, señal

procesamiento, diseño de protocolos, optimización, creación de prototipos y experimentación. Interés en la energía inalámbrica y

la interacción entre la energía inalámbrica

y las comunicaciones inalámbricas también

impulsó nuevas direcciones de investigación

y nuevas herramientas en las comunidades que

tradicionalmente no funciona con conexión inalámbrica

energía, como las comunicaciones y

Ingenieros en procesamiento de señales.

Este número especial refleja la reciente

desarrollos y extensas investigaciones

realizados en la última década en

diversas comunidades de la zona

WPT, WEH y WIPT. Este es el

primer número especial en PROCEEDINGS

DEL IEEE dedicado enteramente a

este tema único. Esta cuestión no sólo

complementa pero también contrasta

las ACTAS DEL IEEE de junio

Número especial de 2013 sobre WPT, donde

la atención se centró en la electrónica de potencia,

diseños de antena y RF exclusivamente,

sin tener en cuenta el diseño de comunicaciones, señales y sistemas,

y la convergencia entre energía inalámbrica y comunicaciones inalámbricas. El tema del campo cercano y

La TIP de campo lejano ha sido tradicionalmente

explorado en IEEE Power Electronics, IEEE Microwave Theory y

Técnicas y antenas IEEE

y sociedades de propagación, en revistas como IEEE TRANSACTIONS ON

ELECTRÓNICA DE POTENCIA, TRANSACCIONES IEEE SOBRE TEORÍA DE MICROONDAS Y

TÉCNICAS Y TRANSACCIONES IEEE SOBRE ANTENAS Y PROPAGACIÓN. Más recientemente, desde 2013, el

tema de comunicaciones y señal

diseño para la TIP y, más generalmente, para la información y la energía inalámbricas.

La transferencia ha surgido como una nueva y

área de investigación en crecimiento significativo

en las Comunicaciones IEEE, IEEE

Procesamiento de señales, información IEEE

Theory y las sociedades de tecnología vehicular IEEE, y el IEEE Sensor Council, y en revistas como IEEE

TRANSACCIONES SOBRE COMUNICACIONES,

TRANSACCIONES IEEE EN INALÁMBRICO

COMUNICACIONES, IEEE TRANSACCIONES SOBRE PROCESAMIENTO DE SEÑALES, IEEE

TRANSACCIONES SOBRE TECNOLOGÍA VEHICULAR, TRANSACCIONES IEEE SOBRE

TEORÍA DE LA INFORMACIÓN, REVISTA IEEE

SOBRE ÁREAS SELECCIONADAS EN COMUNICACIONES, IEEE JOURNAL OF SELECTED

TEMAS EN EL PROCESAMIENTO DE SEÑALES, y

REVISTA DE INTERNET DE LAS COSAS DEL IEEE.

Este número especial pretende capitalizar los recientes avances realizados

en todas aquellas sociedades en general

área de energía inalámbrica. En contraste con

2013 donde se puso mucho énfasis

en la TIP de campo cercano, la casi totalidad

de este número especial se centra en la

WPT y WIPT de campo lejano emergentes.

Dos números especiales sobre tecnología inalámbrica

transmisión de información y

poder fueron publicados recientemente en

REVISTA IEEE SOBRE ÁREAS SELECCIONADAS EN

COMUNICACIONES en enero de 2019

y febrero de 2019, y en IEEE

REVISTA DE TEMAS SELECCIONADOS EN

PROCESAMIENTO DE SEÑAL en agosto de 2021.

Esos números especiales estaban destinados a

autores de la comunicación y

sociedades de procesamiento de señales, y no

Los papeles cubrían la electrónica,

antena y aspectos de diseño de RF de

WPT y WIPT. En este número especial,

por otro lado, el énfasis está en

uniendo una amplia gama de comunidades

trabajando en WPT y WIPT, como

como IEEE Power Electronics, IEEE

Teoría y técnicas de microondas,

Circuitos y sistemas IEEE, IEEE

Antenas y Propagación, Comunicaciones IEEE, Procesamiento de Señales IEEE,

Teoría de la información IEEE e IEEE

Sociedades de Tecnología Vehicular.

I. RESUMEN DEL

PROBLEMA ESPECIAL

El objetivo de este número especial

es demostrar la importancia

Beneficios y aplicaciones de la TIP y

WEH en futuras redes. Se centra

sobre diversos temas teóricos y prácticos.

Cuestiones de diseño de la TIP y la energía.

cosecha y sobre la integración

de comunicaciones inalámbricas y

energía inalámbrica. El objetivo es acercar

reúne a investigadores que trabajan en

áreas relacionadas para compartir sus puntos de vista sobre

Grandes desafíos, avances recientes.

y tendencias futuras. hasta las diez

4 ACTAS DEL IEEE | vol. 110, n° 1, enero de 2022

Escaneando el problema

ponencias invitadas, este número especial

Proporciona una visión general de la tecnología y la teoría más modernas.

para futuras redes con TIP y

recolección de energía y cubre una amplia

variedad de temas que abarcan RF y

diseño de microondas, antenas, materiales, circuitos integrados, diseño de señales.

y procesamiento, comunicaciones,

sistema de seguridad, protección y radio

creación de prototipos.

Fundamentos de la transferencia inalámbrica de información y energía: teoría,

Prototipos y experimentos

por B. Clerckx, J. Kim, K. W. Choi y

DI Kim

Este artículo proporciona un tutorial.

descripción general de los componentes teóricos fundamentales de la TIP y

WIPT seguido de un debate sobre la

instalaciones experimentales de última generación

y prototipos. Teórico y

Se contrastan los resultados experimentales.

y los autores muestran cómo

Integración de RF, señal y sistema.

Los diseños en WPT y WIPT conducen a nuevos

diseño teórico y experimental

desafíos tanto para microondas como para

ingenieros de comunicaciones. Prometedor

soluciones y caminos para el futuro

También se discuten las investigaciones.

Metamateriales y Metasuperficies para

Transferencia inalámbrica de energía y energía

Cosecha

por J. Zhou, P. Zhang, J. Han, L. Li y

Y.Huang

En este artículo de revisión se muestra

que los metamateriales y las metasuperficies

puede mejorar significativamente la potencia

eficiencia de transferencia y operativa

distancia para sistemas TIP. Se utilizan varios enfoques metamateriales diferentes.

revisado, incluido 1) hacer que la recepción sea menos sensible a la onda incidente

ángulo y polarización; 2) lograr una mayor conversión de RF a CC

eficiencia; y 3) usarlos como

elementos parásitos o componentes de carga para mejorar el rendimiento de WEH en términos de tamaño del circuito,

ancho del haz y eficiencia de conversión.

También se prevén oportunidades futuras para metamateriales y metasuperficies.

discutido.

Energía inalámbrica de campo lejano

Cosecha: modelado no lineal,

Diseño Rectenna y Emergente

Aplicaciones

por X. Gu, S. Hemour y K. Wu

En este artículo de revisión, los desarrollos recientes y las tendencias tecnológicas en

energía inalámbrica de campo lejano (radiativa)

Se presentan las cosechas, incluyendo

modelado del proceso de rectificación,

ideas sobre la integración de la

rectificador y antena (rectenna), y

demostraciones de aplicaciones emergentes. El semiconductor no lineal

Se explora el comportamiento del dispositivo, con el

objetivo de proporcionar una guía para facilitar

selección de dispositivo. El diseño de la rectina es

discutido, con un enfoque en la eficiencia

a bajos niveles de potencia.

Captación de energía RF de banda ancha

matrices

por E. Kwiatkowski, J. A. Estrada,

A. López-Yela y Z. Popovi´c

Este artículo compara el diseño.

metodología y escalabilidad de

recena de banda estrecha y banda ancha

matrices para la recolección de energía de RF. Un

ejemplo de rectificador de banda estrecha de 10 GHz

Se presenta una matriz para la recolección terrestre de potencia ultrabaja de

Señales de satélite de banda estrecha. Este

se contrasta con la cosecha sobre

un ancho de banda superior a una octava,

mediante una comparación de varios

conjuntos de recena de banda ancha para

cosechando múltiples espacios ampliamente espaciados

señales simultáneas.

Energía inalámbrica adaptable

Transferencia y retrodispersión

Comunicación para siempre

Operación de inalámbrico

Interfaces cerebro-computadora

por G. E. Moore, J. D. Rosenthal,

J. R. Smith y M. S. Reynolds

Este artículo describe los esfuerzos para eliminar las ataduras en la conexión cerebro-computadora.

Interfaces (BCI) utilizadas en la investigación de neurofisiología fundamental. Los dos

Los enfoques detallados en el artículo son

retrodispersión inalámbrica de potencia ultrabaja

comunicación y TIP resonante inductiva adaptativa (AIR) hacia la plena

BCI inalámbricas con enlace ascendente inalámbrico

de grabaciones neuronales de banda ancha y

recarga inalámbrica para larga duración

despliegue.

Diseño y análisis de SWIPT con

Restricciones de seguridad

por C. Psomas, M. You, K. Liang,

G. Zheng y I. Krikidis

Este artículo se centra en el diseño de

WIPT sujeto a restricciones de salud y seguridad. Un marco para el diseño,

El análisis y la optimización bajo la tasa de absorción específica (SAR) y la exposición máxima permitida (MPE) son

se formulan y se derivan ideas.

Asignación de recursos para

Información inalámbrica simultánea

y sistemas de transferencia de energía:

Una descripción general del tutorial

por Z. Wei, X. Yu, DWK Ng,

y R. Schober

Este artículo se centra en el recurso.

problema de asignación en WIPT multiusuario

con varios modelos para la energía

cosechador y la información del estado del canal. Se formula un marco de optimización de la asignación de recursos para

caracterizar el equilibrio entre tarifa y energía

y obtener información sobre el sistema

diseño. Las direcciones de investigación futuras son

también discutido.

Superficie reflectante inteligente asistida

Información y energía inalámbrica

Transmisión: descripción general

por Q. Wu, X. Guan y R. Zhang

Este artículo proporciona una visión general de

WPT y WIPT ayudados por inteligencia

Superficies reflectantes (IRS) desde una perspectiva de comunicación y procesamiento de señales. Soluciones de última generación para

Se presentan los desafíos únicos en la operación de estos sistemas.

e incluir reflexión pasiva del IRS

optimización, estimación de canales y

despliegue. Instrucciones importantes para

futuras investigaciones e investigaciones son

también discutido.

Avances en alimentación inalámbrica

Comunicaciones de retrodispersión: desde

Diseño de circuitos de antena/RF para

Electrónica flexible impresa

por C. Song, Y. Ding, A. Eid,

JGD Hester, X. He, R. Bahr,

A. Georgiadis, G. Goussetis,

y M. M. Tentzeris

Este artículo se centra en el uso de

comunicaciones de retrodispersión en WPT

sistemas. Áreas específicas resaltadas

incluir recena recién emergida

vol. 110, n° 1, enero de 2022 | ACTAS DEL IEEE 5

Escaneando el problema

sistemas, diseño de formas de onda y

optimización de canales, avanzada

empaquetado e integración de dispositivos

tecnologías y también impresión de inyección de tinta

para sistemas sostenibles. Direcciones futuras de la comunicación por retrodispersión

en términos de “IoT verde” y “bajo

Hogar inteligente Carbon”, ciudad inteligente, inteligente

piel y máquina a máquina (M2M)

También se analizan las aplicaciones.

Alimentado de forma inalámbrica y segura

Redes en la Capa Física:

Desafíos, contramedidas,

y el camino por delante

por X. Lu, N. C. Luong,

D. T. Hoang, D. Niyato, Y. Xiao,

y P. Wang

Proporcionar seguridad utilizando baja potencia

Las técnicas de capa física se analizan en este artículo. El artículo

revisa los principios fundamentales de

Ataques PHY primarios, que cubren interferencias, escuchas ilegales y detección.

de encubierto. Luego describe las contramedidas predominantes. s para asegurar ambos

comunicaciones activas y pasivas en

WPN. Los temas de investigación abiertos también son

identificado para inspirar un posible futuro

investigación.

ACERCA DE LOS EDITORES INVITADOS

Bruno Clerckx (miembro, IEEE) recibió el

EM. y doctorado. Licenciatura en ingeniería eléctrica por la Université Catholique de

Lovaina, Lovaina-la-Neuve, Bélgica, en 2000

y 2005, respectivamente.

De 2006 a 2011 estuvo en Samsung.

Electrónica, Suwon, Corea del Sur, donde

contribuyó activamente a 4G (3GPP LTE/LTE-A

e IEEE 802.16m) y actuó como Relator del Tema de Estudio Coordinado Multipunto (CoMP) 3GPP.

Desde 2011, trabaja en el Imperial College London, Londres,

Reino Unido, primero como profesor de 2011 a 2015, profesor titular de

2015 a 2017, Lector de 2017 a 2020, y actualmente como Pleno

Profesor. De 2014 a 2016 fue profesor asociado de la

Universidad de Corea, Seúl, Corea del Sur, y de 2021 a 2022, es

Profesor invitado en la Universidad Nacional de Seúl, Seúl. el tambien tiene

celebró varias citas de investigación de larga o corta duración en

Universidad de Stanford, Stanford, CA, EE.UU.; EURECOM, Francia; Nacional

Universidad de Singapur, Singapur; La Universidad de Hong Kong,

Hong Kong; Universidad de Princeton, Princeton, Nueva Jersey, EE.UU.; La Universidad

de Edimburgo, Edimburgo, Reino Unido; La Universidad de Nueva Gales del Sur,

Sídney, Nueva Gales del Sur, Australia; y la Universidad de Tsinghua, Beijing, China.

Es profesor (titular), jefe del Laboratorio de procesamiento de señales y comunicaciones inalámbricas y jefe adjunto de

el Grupo de Comunicaciones y Procesamiento de Señales, Eléctrico y

Departamento de Ingeniería Electrónica, Imperial College London. Él

es autor de dos libros sobre múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO)

comunicaciones inalámbricas y redes inalámbricas MIMO, 250 artículos de investigación internacionales revisados por pares y 150 contribuciones de estándares, y es el inventor de 80 patentes emitidas o pendientes entre

de los cuales 15 han sido adoptados en las especificaciones de los estándares 4G

y son utilizados por miles de millones de dispositivos en todo el mundo. Su investigación abarca

el área general de comunicaciones inalámbricas y procesamiento de señales

para redes inalámbricas.

El Dr. Clerckx ha sido Comité de Programa Técnico (TPC)

Miembro, presidente de un simposio o presidente del TPC de muchos simposios

sobre teoría de la comunicación, procesamiento de señales para la comunicación,

y comunicación inalámbrica para varios IEEE internacionales líderes

conferencias. Fue miembro electo del Comité Técnico de “Procesamiento de señales para comunicaciones y redes” (SPCOM) de la Sociedad de procesamiento de señales IEEE. Recibió el prestigioso

Medalla Blondel 2021 por su trabajo excepcional contribuyendo al

progreso de la Ciencia y de las Industrias Eléctricas y Electrónicas. Él

se desempeñó como editor de IEEE TRANSACTIONS ON COMUNICACIONES,

TRANSACCIONES IEEE SOBRE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS e IEEE

TRANSACCIONES SOBRE PROCESAMIENTO DE SEÑALES. También ha sido (Líder)

Editor invitado para números especiales de EURASIP Journal on Wireless

Comunicaciones y redes, IEEE Access, IEEE JOURNAL ON

ÁREAS SELECCIONADAS EN COMUNICACIONES, IEEE JOURNAL OF SELECTED

TEMAS DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES y PROCEDIMIENTOS DEL IEEE. Él

fue editor del informe técnico del estándar 3GPP LTE-Advanced

en CoMP. Es un Distinguido de la Sociedad de Comunicaciones IEEE

Profesor de 2021 a 2022.

Zoya Popovic´ (miembro, IEEE) recibió el

Dipl.Ing. título de la Universidad de

Belgrado, Belgrado, Serbia, en 1985, y el

Doctor. título del Instituto de California de

Technology, Pasadena, CA, EE. UU., en 1990.

Fue profesora invitada en la

Universidad Técnica de Munich, Munich,

Alemania, de 2001 a 2003, y con la

Instituto Superior de Aeronáutica y de

l’Espace (ISAE), Toulouse, Francia, en 2014. Fue Presidenta de

Excelencia con la Universidad Carlos III de Madrid, Madrid, España,

de 2018 a 2019. Es Profesora Distinguida y Cátedra Lockheed Martin de Ingeniería de Radiofrecuencia (RF)

en la Universidad de Colorado en Boulder, Boulder, CO, EE. UU. Ella tiene

graduado con más de 65 Ph.D. estudiantes y actualmente asesora a 18 doctorados

estudiantes. Sus intereses de investigación actuales incluyen alta eficiencia.

Amplificadores y transmisores de potencia, de microondas y de ondas milimétricas.

Circuitos de alto rendimiento para comunicaciones y radar, inalámbricos.

aplicaciones eléctricas, médicas e industriales de microondas, y

Técnicas de microondas aplicadas a la detección cuántica y la metrología.

El Dr. Popovic recibió dos Teoría de Microondas del IEEE y ´

Premios de Microondas de la Technique Society (MTT-S) a los mejores artículos de revistas,

Presidencial de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de la Casa Blanca.

Premio al miembro de la facultad, Asociación Estadounidense de Ingeniería

Educación/Hewlett Packard (ASEE/HP), Medalla Terman y Premio Alemán de Investigación Humboldt. Fue la primera mujer en ganar.

la Unión Internacional de Radiociencia (URSI) Issac Koga Gold

Medalla en 1993 y fue nombrado Educador Distinguido del IEEE MTT

en 2013 y el Premio de Investigación Distinguida de la Universidad de Colorado

Profesora en 2015. Fue elegida Miembro Extranjero de la

Academia de Ciencias y Artes de Serbia en 2006. ella es apasionada

sobre aumentar el número de mujeres ingenieras excelentes y

científicos, con ocho mujeres Ph.D. estudiantes actualmente en su grupo.

6 ACTAS DEL IEEE | vol. 110, n° 1, enero de 2022

Escaneando el problema

Ross Murch (miembro, IEEE) recibió el premio B.E.

y doctorado. Licenciatura en ingeniería eléctrica y electrónica de la Universidad de

Canterbury, Christchurch, Nueva Zelanda.

Fue jefe de departamento en la

Departamento de Electrónica e Informática

Ingeniería, Universidad de Hong Kong de

Ciencia y Tecnología (HKUST), Hong

Kong, por dos mandatos de tres años desde 2009 hasta

2015. También fue Director fundador del Centro de Tecnología de la Información Inalámbrica y actúa como consultor para la industria.

y gobierno. Ha sido miembro de David Bensted de Simon.

Universidad Fraser, Burnaby, BC, Canadá, una empresa de telecomunicaciones de Hong Kong

Miembro del Instituto de Tecnología de la Información (HKTIIT) de la Universidad de Southampton, Southampton, Reino Unido, y ha pasado años sabáticos en

Instituto de Tecnología de Massachusetts, Cambridge, MA, EE.UU.; AT&T,

Newman Springs, Estados Unidos; Comunicaciones móviles Allgon, Åkersberga,

Suecia; Imperial College London, Londres, Reino Unido. Es presidente

Profesor del Departamento de Ingeniería Electrónica e Informática y miembro senior del Instituto de Estudios Avanzados (IAS)

del Instituto de Estudios Avanzados de HKUST. el tiene un fuerte

Tiene interés en la educación, le gusta enseñar y ha ganado tres premios de enseñanza. En 1992, se incorporó a HKUST como profesor asistente,

donde actualmente es Profesor Catedrático. De 1990 a 1992, él

Fue becario postdoctoral en el Departamento de Matemáticas y

Ciencias de la Computación, Universidad de Dundee, Dundee, Reino Unido. Su investigación

Las contribuciones incluyen más de 300 publicaciones y 20 patentes.

además de supervisar con éxito más de 50 investigaciones

estudiantes. Su experiencia única radica en su combinación de conocimientos tanto de sistemas de comunicación inalámbrica como de áreas electromagnéticas. Es el único autor a nivel mundial con más

de 25 artículos de revistas en cada una de IEEE TRANSACTIONS ON

ANTENAS Y TRANSACCIONES DE PROPAGACIÓN Y IEEE EN INALÁMBRICO

COMUNICACIONES. Sus intereses de investigación actuales incluyen Internet de las cosas, imágenes de radiofrecuencia (RF), sistemas de RF ambientales,

recolección de energía, sistemas de antenas multipuerto y reconfigurables.

Superficies inteligentes.

El Dr. Murch es miembro del Instituto de Tecnología de Ingeniería (IET) y de la Institución de Ingenieros de Hong Kong (HKIE).

y ha ganado varios premios, incluido el de Simulación por Computadora

Premio de Publicación Universitaria de Tecnología (CST) en 2015. Fue

un distinguido orador invitado a la conferencia Wireless Communication

y Networking Conference (WCNC) 2016 y orador principal

en la Conferencia Internacional IEEE sobre Tecnología de la Comunicación

(ICCT) 2011, Conferencia inalámbrica IEEE Asia-Pacífico (APWC) 2008,

IEEE Consejo de Cooperación del Golfo (CCG) 2007 e IEEE Internacional

Conferencia sobre Comunicaciones Inalámbricas, Redes y Móviles

Computación (WiCOM) 2007. También fue presidente del Comité Técnico de Comunicaciones Inalámbricas de la IEEE Communications Society, miembro del Fellow de la IEEE Communications Society

Comité de Evaluación y miembro de IEEE TRANSACTIONS ON

Comité Directivo de COMUNICACIONES INALÁMBRICAS. el tambien tiene

Ha sido editor de publicaciones, editor de área y editor asociado.

de IEEE TRANSACTIONS SOBRE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS y fue

también profesor distinguido de tecnología vehicular IEEE

Sociedad. También ha sido Presidente del Programa Técnico de la

Conferencias de redes y comunicaciones inalámbricas IEEE en

2019 y 2007, Presidente Principal del IEEE International

Conferencia de Comunicaciones de 2010 y Cátedra del Programa Técnico de Sistemas Avanzados de Comunicaciones Inalámbricas

Simposio en la Conferencia Internacional de Comunicaciones IEEE

en 2002.

vol. 110, n° 1, enero de 2022 | ACTAS DEL IEEE 7

¿Porque el voltimetro se coloca en paralelo y el Amperimeto en Serie?

 

Eso es debido a que En un circuito, la intensidad se distribuye de la misma manera en todo el circuito descuerdo a la resistencia equivalente del circuito

Osea que hay 5 resistrencias de 1000 ohm en serie en 5 Voltios, la resistencia equivalente es 5000 ohms y la intensidad en cada componente sera 5Voltios sobre 5000 ohms, osea 1 mili amperio

Por otro lado, en un circuito, el voltaje se distribuye en serie deacuerdo a la resistencia de los componentes, mientras mas resistencia tenga , mas voltaje recibira en proporcion con los demas

Si tenemos 10 voltios y una resistencia de 6 y otra de 4 ohms, en serie la de 6 tengra 6 voltios y la de 4 4 voltios,

Pero en paralelo es al revez, El voltaje en paralelo es el mismo, mira por ejemplo, cuando en un tomacorriente o extension se colocan 5 artefactos, los 5 reciben el mismo voltaje, Pero la intensidad que recibe cada uno depende de su resistencia , la suma de sus resistencia sera una resisncia equivalente, pero estara distribuida en cad auno de los elementos

En resumen,  el votlaje en serie se distribuye, en paralelo es el mismo y con la intensidad o amperaje es al revez

Los elmentos del multimetro tienen un galvanometro que dependiendo el voltaje giran para saber la cantidad, 

En el caso del voltimetro, como el voltaje se distribue de distinta manera, cuando lo ponemos en paralelo  recibira la misma cantidad de voltaje que la resistencia a la que esta conectada

Y en el amperimetro, independienmtene de a que le pongamos en seria, sera el mismo porque la intensidad se ditribuye de manera igual en todo el circuito serie

El voltimetor ideal tiene resistencia infinita porque de esta manera el equivalente es el mismo y en el amperioemtro ideal es cero porque enetonces novariaria la resistencia del cirucito

Un voltimetro se conecta en paralelo porque el voltaje de distribuye proporcionalmente en el circuito segun la resistencia de los dispositivos, En paralelo es voltaje es el mismo, por eso se conecta en paralelo Mientras que la intensidad es al revez, en serie es la misma y en paralelo se distribuye a lo equivalente, Como esta en paralelo lo ideal es que el voltimetro tenga una resistencia infinita, mientras el amperimetro al estar en serie, para no afectar a la resistencia equivalente, se conecta en Serie

¿Que es un Coulumbio. Voltio, Amperio y Vatio?

 

Proyecto Calculadora con Camara y base de datos en Xcos