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miércoles, 6 de marzo de 2013

El concepto de Microwave Power Transmission (MPT) – Transmisión de Potencia eléctrica por microondas


Se trata de transmitir potencia eléctrica de corriente contínua por medio de las Micro Ondas o Micro Waves(MW). En la aplicación en que nos centraremos aquí, se pretende obtener la energía eléctrica de corriente contínua del sol, por medio de paneles solares foto voltaicos, o Photo Voltaic(PV), ubicados en una órbita en el espacio, transferir esa energía de corriente contínua a  micro ondas y transmitirla hacia una estación terrestre con la mayor eficiencia posible. Los paneles PV son portados por un satélite geoestacionario o por una estación espacial.Una vez en tierra, esa micro onda será convertida en corriente continua nuevamente y luego, por medio de un inversor, convertida a corriente alterna de 50Hz o 60Hz, según el país de que se trate, e incorporada a la red eléctrica convencional.

Antes de seguir, se advierte que en este concepto no hay ningún tipo de modulación. La micro onda es una onda contínua, o Continuous Wave (CW), desde que se genera  hasta que llega al receptor.



El transmisor de MW para MPT



El Generador de CW de MW  tiene un oscilador que generará una onda sinusoidal de varios GHz, polarizado por la tensión que proviene de los paneles PV y lo mismo ocurrirá con los amplificadores de potencia. Como en todo oscilador y amplificador, la energía para generar y amplificar sale de la fuente de corriente contínua que se utiliza para darle la polarización a los dispositivos electrónicos, sean transistores, válvulas, etc. En este caso la tensión contínua de polarización proviene de los paneles solares.

Los dispositivos del  generador de onda contínua de MW, pueden ser válvulas de vacío para micro ondas tales como Magnetrón, Klystron, Travelling Wave Tube(TWT) y Microwave Power  Module(MPM)  o  dispositivos de estado sólido, como GaAs MESFET, GaNpHEMT,  SiC MESFET, AIGaN/GaNHFET o InGasAs La Magnetron es ampliamente usada para experimentación.

El generador incluye circuitos para controlar la potencia de salida, un adaptador de coaxil a guia de onda y un circulador para proteger a los dispositivos de la onda reflejada. 

La transmisión de MW a menudo usa  2,45GHz o 5,8GHz de la banda de ISM,  la banda de frecuencia que está reservada para aplicaciones Industriales, Científicas y Médicas(ISM-por sus iniciales en inglés).Las otras frecuencias elegidas son 8,5GHz, 10GHz y 35Ghz.La mayor eficiencia, superior al 90%, es obtenida en 2,45 GHz.-

Para adaptar las impedancias de antena y guia de onda de salida del generador de CW, existe un circuito que adapta impedancias, logrando la sintonía.

La antena de guia de onda ranurada, la antena microstrip patch, y la antena de disco parabólco, son los tipos más populares en antenas de transmisión.


La Rectena (rectenna en inglés)

Rectena viene de Rectificador + Antena. La rectena es un circuito pasivo constituído por la antena, que puede ser un dipolo, Yagi Uda, microstrip o disco parabólico, un filtro pasabajos de entrada, para rechazar las armónicas de la frecuencia fundamental,  diodos Schottky para rectificar la onda contínua y un segundo filtro pasa bajo para filtrar el ripple, como en toda fuente de alimentación y obtener corriente continua pura sobre la carga.



La primera rectena estaba compuesta de 28 dipolos de ½ onda terminados en un rectificador puente, utilizando diodos semiconductores de contacto puntual. Luego, cuando estos diodos fueron reemplazados por diodos de barrera Schottky, la eficiencia de la conversión micro ondas/ corriente contínua subió de 40% a 84%. Esta eficiencia está definida como el cociente entre la potencia de continua obtenida en la carga dividida por la potencia de la señal de salida de micro ondas de la antena de recepción, multiplicado por 100.

Durante la demostración de transmisión de potencia de micro ondas llevada a cabo en las instalaciones  del Jet Propulsion Laboratory(JPL) de Goldstone, en 1975, se obtuvo una eficiencia del 84%, cuando una potencia de 30KW fue exitosamente transferida desde una antena transmisora, consistente en un gran disco parabólico, ubicado a una distancia del sitio de la rectena de 1,6 Km, usando la banda de 2,5GHz.

La NASA se encuentra trabajando en el proyecto de enviar energía eléctrica a la tierra, obtenida en el espacio, mediante paneles solares desde hace varios años. Ya va por el cuarto proyecto y hasta ahora todo estuvo centrado en pruebas en tierra, no obstante parecería que el actual podría ser probado en poco tiempo en el espacio. Al respecto hablaremos en otra nota, pero los mayores problemas a vencer serían el costo, que habría bajado considerablemente en este 4to prototipo, la eficiencia de los paneles, que también habrían logrado grandes avances y el efecto sobre las personas al recibir sobre sus cabezas la enorme potencia enviada desde el espacio.


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