筑波大學首創以5G電磁波無線供電給無人機

 

刊登日期:2021/8/6
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日本筑波大學發表利用高指向性的5G電磁波,開發了一項可從地面上無線供應電力能量之技術,並成功地完成了世界首次對滯空飛行的無人機進行無線供電之實驗。研究團隊應用了以電磁波從地面對空中移動物體無線供電的「Beamed Mobility」概念。透過對移動物體無線供電的方式,在裝置設計之初,將可減少對電池或燃料性能,或是重量、體積等方面的考量,對於電動化趨勢日漸顯著的汽車或小型飛機、飛行汽車,電池或其他電源設備所能容納的電量將不再構成制約。

為了因應有高能量密度需求之移動物體,筑波大學利用了高指向性的毫米波,而毫米波的動作周波數相當於既有微波無線供電研究對象的10倍以上,同時也是世界首次利用5G電磁波(28 GHz)進行的實驗。為了實驗的進行,研究團隊開發了3項新技術,包括在屏蔽微波的屏蔽室內(非GPS環境)也能飛行的無人機控制演算法,以及控制微波送電器的位相,可對無人機座標送電的波束進行追蹤之技術,另有在5G頻率之下將微波轉換成直流電(DC)的天線整流器等技術。

透過這些技術,研究團隊對飛行高度800mm之滯空飛行無人機達成30秒的微波傳輸電能,得到了可利用極高周波數進行無線供電的實證結果。今後利用此技術,將可望讓佔有航空運輸機器大半重量的能源 (電池)比例無限度地縮小,且在擴大運送貨物或人員使用空間的同時,亦無須擔心能源短缺的問題。唯以目前的技術而言,送電電力較小,僅利用微波的話,對於驅動無人機尚未能達到充分的供電。今後研究團隊將進一步提升飛行物體位置與波束的即時控制精度,並透過改善電力傳輸天線之間的效率,促進無線供電效率提升,期藉此達到送電的長距離化、大電力化等目標。


資料來源: https://www.tsukuba.ac.jp/journal/pdf/p202107061321.pdf
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