水下无线电能传输「水中无线电波传输距离」

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水下无人机（左上）；电源站（左下）；海底电源站上充电的水下无人机（右）。

techxplore.com网站当地时间1月13日报道，日本丰桥技术科学大学副教授Masaya Tamura和Kousuke Murai领导的团队采用超薄四层平面电极电力发射器/接收器，成功实现了海下电力及数据的无线传输。相关论文在《IEEE微波理论与技术汇刊》杂志中发表。

海水具有高损耗介电特性，难以通过电容耦合实现无线电力传输。此前，研究人员一直认为只能通过磁耦合实现海下无线电力传输。

为节约人力成本，渔业正在积极引入自动化操作方案。在未来，渔业有望借助水下无人机，实现水质环境管理、鱼类生长检查等工作的自动化管理。然而，由电池供电的水下无人机需要反复取出水面，充电，并由工作人员进行数据收集。当它处于在海水中时，收集的数据无法直接传输至地面端。

工程师们认为，通过供电站在海水中以无线方式传输电力和数据，是解决续航和数据传输问题的理想方案。由于水下无人机很轻，而增加重量和体积又会加大浮力和方向控制的难度，因此，水下无线传输技术必须考虑轻量化和空间节约原则。

无线功率传输的效率取决于功率收发机的耦合系数k与功率收发机损耗Q因子的乘积。当k接近1，且Q因子增加时，效率提高。高频电流在海水等高导电性介质中流动时，很难单独讨论k和Q因子。

然而，由于效率随kQ乘积增加而提高的原理没有改变，Tamura从kQ乘积观点出发，通过关注海水导电性的等效电路，确定了提高效率的关键参数并建立了基于最大kQ值的设计理论，最终设计了功率收发器。

由此，Tamura等人在宽带范围内，使2 cm传输距离下的功率传输效率达到94.5%，而15 cm传输距离下的功率传输效率至少为85%。

Tamura团队使用该技术，驱动了实时传输视频的摄像模块，传输速度至少为90Mbps。将电力和数据传输给小型水下无人机的实验也取得了成功，这就意味着，无人机可以在供电站停靠。安装在无人机上的电子接收器和电路的总质量非常轻，仅约270克。

研究人员表示，新成果或许可以使水下无人机直接在海水中传输数据，进行充电。新开发的功率发射器/接收器操作简单且十分轻便，符合水下无人机的轻量化设计要求。研究人员还表示，他们的终极目标是开发可以实现完全陆地操控的水下无人机。

原创编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《IEEE微波理论与技术汇刊》

期刊编号：0018-9480

原文链接：https://techxplore.com/news/2021-01-seawater-electrical-cable-wireless-power.html

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