Electron cyclotron converters of microwaves in wireless power transmission systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A proposal to use special electron cyclotron devices as effective converters of electromagnetic waves into direct current in modern microwave systems for wireless transmission of electrical energy to the Earth via a microwave channel from solar space power plants located on board geostationary satellites is considered. Such converters are a product of domestic development, they can have a conversion efficiency of more than 80%, they are insensitive to overloads and are several orders of magnitude more economical than the well-known semiconductor rectennas (rectifying antennas). Semiconductor rectennas, assembled from a multitude of individual semiconductor diodes with a Schottky barrier, in the process of nonlinear conversion of microwaves, generate parasitic radiation that forms a powerful electromagnetic background, which seriously interferes with the stable operation of information systems of special and general civil communications. In addition, the cost of semiconductor rectennas is several orders of magnitude higher than that of electron-cyclotron converters with the same input microwave power. Due to the high compactness of the electronic converters, they can also be installed on an intermediate satellite platform in the stratosphere, receiving the energy of the Sun through a laser beam from a geostationary orbit and transmitting it to the Earth with practically no loss through the microwave channel. The possibilities of using electron cyclotron converters in ground-based systems for wireless energy transmission are also promising. Already the first electron cyclotron converters, created at the “Torii” enterprise according to the project of the Lomonosov Moscow State University, had an efficiency of over 60% at an input microwave power of 10 kW.

About the authors

Yury A. Pirogov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: yupi937@gmail.com

Professor of the Photonics and Microwave Physics Department of the Faculty of Physics of the MSU, Dr.Sci.(Phys. & Math.)

1 Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russian Federation

Gohar M. Kazaryan

Lomonosov Moscow State University

Email: yupi937@gmail.com

Associate Professor of the Photonics and Microwave Physics Department of the Faculty of Physics of the MSU, PhD (Phys. & Math.)

1 Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russian Federation

Vladimir L. Savvin

Lomonosov Moscow State University

Email: yupi937@gmail.com

Associate Professor of the Photonics and Microwave Physics Department of the Faculty of Physics of the MSU, PhD (Phys. & Math.)

1 Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russian Federation

References

  1. Mankins J. Special report: Space-based solar power. Inexhaustible energy from orbit. Ad Astra. 2008; 20(1):20–36.
  2. Didenko AN. SVCH-energetika: teoriya i praktika [Microwave energetics: theory and practice]. Moscow: Nauka Publ.; 2003. (In Russ.)
  3. Glaser PE. Power from the Sun: its future. Science. 1968;162(3856):857–861.
  4. Vanke VA, Lopukhin VM, Savvin VL. Sverhmaloshumyashchie usiliteli ciklotronnyh voln [Super-low noise amplifiers of cyclotron waves]. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1969;99(4):545–572. (In Russ.)
  5. Vanke VA, Lopukhin VM, Savvin VL. Problems of the Sun Space Electrical Plants. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1977;123(4):633–655. (In Russ.)
  6. Vanke VA. Transverse electron-beam waves for microwave electronics. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 2005;48(9):917–937.
  7. Grikhiles VA, Orlov PP, Popov LB. Solnechnaya kosmicheskaya energetika [Sun space energetics]. Moscow: Nauka Publ.; 1984. (In Russ.)
  8. Brown W. History of power transmission by radio waves. IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique. 1984;MTT-32(9):1230–1242.
  9. McSpadden J, Fan L, Chang K. A high conversion efficiency 5.8 GHz rectenna. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1997;2:547–550.
  10. Nagatomo M, Sasaki S, Naruo Y, Vanke VA. Solar power systems (SPS) – investigations at the Institute of Space and Astronautical Science of Japan. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1994;164(6):631–641.
  11. Vanke V, Savvin V. Cyclotron-wave converter for SPS energy transmisson system. Proc. SPS-91. Paris; 1991. p. 515–520.
  12. Vanke VA, Matsumoto H, Shinohara N. High power converter of microwaves into DC. Journal of Radioelectronics. 1999;9. Available from: http://jre.cplire.ru/jre/ sep99/1/text.html (accessed: 11.09.2020).
  13. Vanke VA. Cyclotron and synchronous oscillations and waves of the electron beam. General relations. Journal of Radio Electronics. 2002;1. Available from: http://jre.cplire.ru/jre/jan02/2/text_e.html (accessed: 11.09.2020).
  14. Bykovskiy SV, et al. Tsiklotronnyi preobrazovatel' SVCh-energii [Cyclotron converter of microwave energy]. Russian Patent No. 119691. 1999, October 27. (In Russ.)
  15. Matsumoto H, Vanke VA, Shinohara N. Microwave/D.C. cyclotron wave converter having decreased magnetic field. US Patent No. 6,507,152 B2. 2003, January 14.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».