Tutkijat keksivät, miten langaton lataus toimii tehokkaasti matkankin päästä

Langattomat latausalustat ovat monelle jo tuttuja, mutta entä jos puhelimen tai muun tärkeän laitteen voisi ladata langattomasti ilman, että sen pitää olla alustalla?

Lähietäisyydellä, kuten latausalustoilla, langaton lataus perustuu magneettisiin lähikenttiin. Teho kuitenkin romahtaa, kun etäisyys lähettimen (latauslaite) ja vastaanottimen (ladattava laite) antennien välillä kasvaa.

Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät ongelmaan ratkaisun, joka perustuu antennien välisen vuorovaikutuksen optimointiin. Tulokset julkaistiin juuri Physical Review Applied -tiedelehdessä.

“Havaitsimme, että kun lähettimen ja vastaanottimen silmukka-antennien virroilla on sama värähdystaajuus mutta vastakkainen vaihekulma, pääsemme eroon säteilyhäviöstä. Tämä parantaa latauksen tehoa”, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, tutkijatohtori Nam Ha-Van.

Aiemmin saman laboratorion tutkijat kehittivät lähietäisyydellä toimivan langattoman latausteknologian, jolla voi ladata tehokkaasti useita laitteita yhtä aikaa. Sen salaisuus on donitsinmuotoisen laitteen keskelle luotu tasainen magneettikenttä, joka lataa laitteet yhtä hyvin kaikkialla donitsin ympärillä, riippumatta laitteiden asennosta.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa tutkijat kehittivät tavan analysoida mitä tahansa langatonta virransiirtomenetelmää sekä matemaattisesti että kokeellisesti. Näin he voivat arvioida sekä lähietäisyydeltä että kauempaa tehtävän langattoman virransiirron tehokkuutta paljon aiempaa perusteellisemmin.

Tutkimus osoitti, että virransiirtoteho säilyy jopa 80 prosentissa viisi kertaa silmukka-antennin halkaisijan pituisella välimatkalla, kun käytetään optimaalista taajuutta sadan megahertsin vaihteluvälillä. Perinteisellä menetelmällä optimaalista taajuutta ei määritetä, vaan suunnittelijat käyttävät standardin mukaista taajuutta, jolloin teho voi jäädä alle 20 prosentin.

”Kaiken ydin on löytää optimaalinen tapa virransiirtoon, läheltä tai matkan päästä”, Ha Van kiteyttää.

Seuraavaksi tutkijat pureutuvat siihen, miten langaton virransiirto toimii ihmiskudoksissa ja niiden läpi. Tämä on tärkeää erityisesti erilaisten biolääketieteen sovellusten, kuten langattoman tähystyksen ja verkkokalvoproteesien kehityksessä.

Nam Ha-Vanin mukaan oleellista on löytää juuri oikea taajuus, jolla sekä virransiirto että kehossa toimivan laitteen vastaanottama teho ovat mahdollisimman suuret.

”Se on edellytys näiden sovellusten toimivuudelle.”

Artikkeli

Ha-Van, N., Simovski, C. R., Cuesta, F. S., Jayathurathnage, P., & Tretyakov, S. A. (2023). Effective Midrange Wireless Power Transfer with Compensated Radiation Loss. Physical Review Applied

Linkki artikkeliin (journals.aps.org)