Система беспроводной передачи энергии "Умный стол"

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-20379

НазваниеСистема беспроводной передачи энергии "Умный стол"

Руководитель Капитанова Полина Вячеславовна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-305 - Физические аспекты получения, преобразования и передачи электроэнергии

Ключевые слова метаповерхность, эффективность, передача энергии, резонанс, магнитное поле

Код ГРНТИ29.35.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема передачи электрической энергии без использования проводов волнует умы человечества еще с конца 19 века, когда Никола Тесла стал ставить свои первые эксперименты и искать пути решения данной проблемы. 21 век – это век «носимой электроники», в котором количество используемых портативных персональных электронных устройств растет в геометрической прогрессии. Мобильные устройства стали неотъемлемой частью жизни человека. Сотовые телефоны, планшеты, ноутбуки и т.д.- все эти устройства требуют постоянной подзарядки их аккумуляторов в конце рабочего дня. Вычислительные мощности устройств постоянно растут, при том, что требования к мобильности и автономности сохраняется. В то же время, технологии хранения энергии в портативных аккумуляторах на сегодняшний день не позволяют удовлетворить пользователей. Более того, зачастую разные мобильные устройства имеют разные стандарты проводных зарядок. Отсюда актуальна задача создания удобных и эффективных систем беспроводной подзарядки мобильных портативных устройств. На сегодняшний день в продаже существуют системы беспроводной подзарядки мобильных телефонов. Они выполнены по стандарту Qi и работают на основе индуктивной связи между двумя металлическими катушками. Передающая катушка размещена в базе зарядной станции, а приемная катушка располагается в корпусе или чехле сотового телефона. Данные системы беспроводной передачи энергии обладают рядом технических недостатков. Во-первых, область контакта приемника и передатчика ограничена. Требуется точное позиционирование мобильного телефона на терминале зарядной станции. Во-вторых, в самых простых исполнениях такие системы позволяют подзаряжать только одно устройство. В-третьих, эффективность данных устройств мала и чувствительна к расстоянию между передающей и приемной катушками. Увеличение этого расстояния требует увеличение энергии, подаваемой на стационарный терминал. Это в свою очередь приводит как к росту потерь энергии вследствие излучения в свободное пространство, так и к повышению риска негативного воздействия излучаемой энергии на биологические объекты. В данном проекте будет развита идея и предложена реализации системы беспроводной передачи энергии формата "умный стол", которая позволяет подзаряжать несколько мобильных устройств (сотовый телефон, клавиатура, мышка, монитор, ноутбук и т.д.), находящихся на рабочем столе пользователя одновременно без проводов. При этом предполагается, что подзаряжаемые устройства могут быть размещены в произвольной области поверхности "умного стола". Научная новизна настоящего проекта заключается в том, что в составе "умного стола" будет использована метаповерхность. Метаповерхность – это планарный аналог метаматериала, который по сравнению с объёмным метаматериалом, прост в изготовлении и в меньшей степени испытывают негативное влияние диссипативных потерь. В то же время, метаповерхность сохраняет функционал объемного метаматериала и позволяет эффективно управлять распределением электромагнитного поля и его поляризацией. Основная задача метаповерхности в составе “умного стола” – это формирование однородного ближнего магнитного поля для возможности подзарядки нескольких портативных устройств одновременно. В ходе выполнения проекта будут исследованы разные типы метаповерхностей, изучены их электромагнитные свойства, решена задача эффективного возбуждения метаповерхности для обеспечения необходимого профиля магнитного поля и подавления электрического поля.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. A. Markvart, M. Song, S. Kosulnikov, S. Glybovski, P. Belov, C. Simovski, P. Kapitanova Metamaterials-inspired resonator for wireless power transfer systems Proceedings of International Conference on Metamaterials and Nanophotonics METANANO 2018 (год публикации - 2018)

2. Андрей А. Богданов, Кирилл Л. Кошелев, Полина В. Капитанова, Михаил В. Рыбин, Сергей А. Гладышев, Зарина Ф. Садриева, Кирилл Б. Самусев, Юрий С. Кившар, Михаил Ф. Лимонов Bound states in the continuum and Fano resonances in the strong mode coupling regime Advanced Photonics (год публикации - 2018)

3. A. Саянский, С. Глыбовский, J. D. Baena A linear-to-circular polarization converter with broadband transparency based on Huygens’ metasurface 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena - Metamaterials 2018 (год публикации - 2018)
10.1109/MetaMaterials.2018.8534062

4. J. P. Del Risco, M. A. Londono, А. Саянский, С. Глыбовский, J. D. Baena Broadband-Reflectionless Perfect Absorber Made of Planar Resonators 2018 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena (Metamaterials), pp. 34 - 36 (год публикации - 2018)
10.1109/MetaMaterials.2018.8534141

5. Mingzhao Song, Ксения Барышникова, Александр Маркварт, Павел Белов, Елизавета Ненашева, Константин Симовский и Полина Капитанова Smart Table Based on Metasurface for Wireless Power Transfer Physical Review Applied (год публикации - 2019)

6. Nikita Pavlov, Ivan Stenishchev, Anar Ospanova, Pavel Belov, Polina Kapitanova, Alexey Basharin Toroidal Dipole Mode Observation In Situ Physica Status Solidi B: Basic Solid State Physics, 1900406 (год публикации - 2020)
10.1002/pssb.201900406

7. Hadi K. Shamkhi, Andrey Sayanskiy, Adrià Canós Valero, Anton S. Kupriianov, Polina Kapitanova, Yuri S. Kivshar, Alexander S. Shalin, and Vladimir R. Tuz Transparency and perfect absorption of all-dielectric resonant metasurfaces governed by the transverse Kerker effect Physical Review Materials, 3, 085201 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevMaterials.3.085201

8. Hadi K. Shamkhi, Kseniia V. Baryshnikova, Andrey Sayanskiy, Polina Kapitanova, Pavel D. Terekhov, Pavel Belov, Alina Karabchevsky, Andrey B. Evlyukhin, Yuri Kivshar, and Alexander S. Shalin Transverse Scattering and Generalized Kerker Effects in All-Dielectric Mie-Resonant Metaoptics PHYSICAL REVIEW LETTERS, Том: 122 Выпуск: 19 Номер статьи: 193905 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevLett.122.193905

9. А. Маркварт, М. Сонг, П. Белов, С. Симовский, П. Капитанова Parametric study of metamaterial-inspired resonator for wireless power transfer Journal of Physics: Conference Series, vol. 1461, pp. 012092 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1461/1/012092

10. Aleksandr Markvart ; Mingzhao Song ; Stanislav Glybovski ; Pavel Belov ; Constantin Simovski: Polina Kapitanova Metasurface for Near-Field Wireless Power Transfer With Reduced Electric Field Leakage IEEE Access, vol. 8, pp 40224 - 40231 (год публикации - 2020)
10.1109/ACCESS.2020.2976755

11. Polina Kapitanova, Mingzhao Song, Ksenia Rudneva, Aleksandr Markvart, Stanislav Glybovski, Constantin Simovskiy, Pavel Belov Water-assisted Metasurface for Wireless Power Transfer Proccedings of EuCAP (год публикации - 2020)

12. Polina Kapitanova,Pavel Belov Numerical study of magnetic wireless power transfer system based on magnetic modes of dielectric disk resonator 2017 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems (COMCAS) (год публикации - 2017)
10.1109/COMCAS.2017.8244857

13. Andrey A. Bogdanov, Kirill L. Koshelev, Polina V. Kapitanova, Mikhail V. Rybinb, Sergey A. Gladyshev, Zarina F. Sadrieva, Kirill B. Samusev, Yuri S. Kivshar, Mikhail F. Limonov A direct link between Fano resonances and bound states in the continuum Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (год публикации - 2018)

14. Mikhail Balezin, Kseniia Baryshnikova, Polina Kapitanova, Andrey B. Evlyukhin Electromagnetic properties of the Great Pyramid: Multipole resonances and energy concentration Journal of Applied Physics (год публикации - 2018)

Публикации