Les chargeurs sans fil actuels utilisent principalement l’induction à courte portée et sont très efficaces, mais ils ne peuvent se charger qu’à proximité de l’appareil en cours de charge. Aujourd'hui, de nouvelles recherches montrent qu'en exploitant les capacités de suppression des rayonnements des antennes-cadres, il est possible de charger des appareils non seulement à de plus grandes distances avec une efficacité de plus de 80 %, mais également dans diverses directions, ouvrant la voie à une nouvelle ère de transfert d'énergie sans fil adaptée aux appareils allant des gadgets mobiles aux implants biomédicaux.
La prise en compte des pertes de rayonnement est cruciale 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 sur de longues distances. En améliorant l'interaction entre les antennes d'émission et de réception et en exploitant le phénomène de « suppression des radiations », ils approfondissent notre compréhension théorique du transfert de puissance sans fil au-delà des méthodes inductives traditionnelles, une avancée majeure dans le domaine.
La recharge à courte distance, telle que la recharge via une plaque à induction, qui utilise un champ magnétique en champ proche pour transmettre l'énergie électrique, est très efficace, mais lorsque la distance est plus longue, l'efficacité diminue fortement. De nouvelles recherches montrent que ce rendement élevé peut être maintenu sur de longues distances en supprimant l'impédance de rayonnement de l'antenne cadre qui envoie et reçoit l'énergie électrique.
Deux antennes cadre (rayon : 3,6 cm) peuvent se transmettre de l'énergie à 18 cm l'une de l'autre. Source de l'image : NamHa-Van/AaltoUniversity
Auparavant, le laboratoire avait développé un système de recharge sans fil omnidirectionnel capable de charger des appareils dans n’importe quelle direction. Aujourd’hui, ils ont étendu ce travail avec une nouvelle théorie de la dynamique de charge sans fil qui examine de plus près les distances et les conditions à proximité (non radiative) et à longue portée (radiative). En particulier, ils ont montré qu'en utilisant des fréquences optimales dans la gamme des centaines de mégahertz, des efficacités de transmission élevées de plus de 80 % peuvent être obtenues à des distances environ cinq fois supérieures à la taille de l'antenne.
"Nous voulions équilibrer la puissance de transmission effective avec les pertes de rayonnement, qui se produisent toujours sur de plus longues distances", a déclaré le premier auteur Nam Ha-Van, chercheur postdoctoral à l'Université Aalto. "Il s'avère que lorsque les courants dans l'antenne cadre ont des amplitudes égales et des phases opposées, nous pouvons annuler les pertes de rayonnement, augmentant ainsi l'efficacité."
Les chercheurs ont créé une méthode qui permet une analyse mathématique ou expérimentale de tout système de transmission d'énergie sans fil. Cela permet une évaluation plus complète de l’efficacité de la transmission de puissance sur de courtes et longues distances, ce qui n’était pas possible auparavant. Ils ont ensuite testé le fonctionnement de la charge entre deux antennes-cadres (voir figure) assez éloignées l'une de l'autre par rapport à leur taille, identifiant la suppression des radiations comme le mécanisme permettant d'améliorer l'efficacité de la transmission.
"Il s'agit de trouver la meilleure configuration pour le transfert d'énergie sans fil, à courte et longue distance", a déclaré Ha-Van. "Grâce à notre méthode, nous pouvons désormais étendre la portée de transmission au-delà des systèmes de recharge sans fil traditionnels tout en maintenant une efficacité élevée. Le transfert d'énergie sans fil est non seulement important pour les téléphones et les gadgets, mais les implants biomédicaux dotés d'une capacité de batterie limitée peuvent également en bénéficier. Les recherches menées par Ha-Van et ses collègues peuvent également prendre en compte des obstacles tels que les tissus humains qui peuvent entraver la recharge."