Les chargeurs sans fil actuels, utilisant principalement l’induction sur de courtes distances, ont démontré une efficacité élevée, mais uniquement à proximité immédiate de l’appareil en cours de charge. De nouvelles recherches suggèrent désormais qu’en exploitant la puissance de suppression des rayonnements dans les antennes-cadres, les appareils peuvent non seulement être chargés sur des distances beaucoup plus longues avec une efficacité de plus de 80 %, mais également dans diverses orientations, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle ère de transfert d’énergie sans fil. applicable à une myriade d’appareils, des gadgets mobiles aux implants biomédicaux.
La prise en compte de la perte de rayonnement est essentielle pour une transmission efficace de l’énergie sans fil sur de longues distances.
Les ingénieurs de l’Université Aalto ont développé une méthode améliorée de recharge sans fil longue distance. En améliorant l’interaction entre les antennes d’émission et de réception et en exploitant le phénomène de « suppression des radiations », ils ont approfondi notre compréhension théorique du transfert de puissance sans fil au-delà des méthodes inductives traditionnelles, ce qui constitue une avancée significative dans le domaine.
Atteindre l’efficacité sur de plus longues distances
La recharge sur de courtes distances, par exemple via des plaques à induction, utilise des champs magnétiques proches pour transférer de l’énergie avec une efficacité élevée, mais sur des distances plus longues, l’efficacité chute considérablement. De nouvelles recherches montrent que ce rendement élevé peut être maintenu sur de longues distances en supprimant la résistance au rayonnement des antennes cadres qui envoient et reçoivent de l’énergie.
Deux antennes cadres (rayon : 3,6 centimètres) peuvent transférer de l’énergie entre elles à une distance de 18 centimètres. Crédit : Nam Ha-Van/Université Aalto
Auparavant, le même laboratoire avait créé un système de recharge sans fil omnidirectionnel qui permettait de charger les appareils dans n’importe quelle orientation. Aujourd’hui, ils ont étendu ce travail avec une nouvelle théorie dynamique de la recharge sans fil qui examine de plus près les distances et conditions proches (non radiatives) et lointaines (radiatives). En particulier, ils montrent qu’une efficacité de transfert élevée, supérieure à 80 %, peut être obtenue à des distances environ cinq fois supérieures à la taille de l’antenne, en utilisant la fréquence optimale dans la plage des centaines de mégahertz.
« Nous voulions équilibrer efficacement le transfert d’énergie avec la perte de rayonnement qui se produit toujours sur de plus longues distances », explique l’auteur principal Nam Ha-Van, chercheur postdoctoral à l’Université Aalto. « Il s’avère que lorsque les courants dans les antennes-cadres ont des amplitudes égales et des phases opposées, nous pouvons annuler la perte de rayonnement, augmentant ainsi l’efficacité. »
Une approche universelle pour évaluer le transfert d’énergie sans fil
Les chercheurs ont créé un moyen d’analyser tout système de transfert d’énergie sans fil, mathématiquement ou expérimentalement. Cela permet une évaluation plus approfondie de l’efficacité du transfert de puissance, à des distances proches et lointaines, ce qui n’a jamais été fait auparavant. Ils ont ensuite testé le fonctionnement de la charge entre deux antennes-cadres (voir image) positionnées à une distance considérable par rapport à leurs tailles, établissant que la suppression des radiations est le mécanisme qui contribue à augmenter l’efficacité du transfert.
« Il s’agit de déterminer la configuration optimale pour le transfert d’énergie sans fil, que ce soit à proximité ou à distance », explique Ha-Van. « Grâce à notre approche, nous pouvons désormais étendre la distance de transfert au-delà de celle des systèmes de recharge sans fil conventionnels, tout en conservant une efficacité élevée. » Le transfert d’énergie sans fil n’est pas seulement important pour les téléphones et les gadgets ; les implants biomédicaux avec une capacité de batterie limitée peuvent également en bénéficier. Les recherches de Ha-Van et de ses collègues peuvent également tenir compte des barrières telles que les tissus humains qui peuvent empêcher le chargement.
