Пределы осуществимости беспроводной передачи энергии в радиочастотном диапазоне с помощью спутников для потребительских устройств: анализ на системном уровне

В данном исследовании оценивается физическая реализуемость беспроводной передачи энергии по радиочастотному каналу с использованием спутника и архитектуры пассивной двухскачковой ретрансляции. Для количественной оценки потерь при распространении сигнала, частотной зависимости, нелинейных характеристик ректенны и ограничений, связанных с чувствительностью приемника, была разработана аналитическая модель системного уровня, основанная на уравнении передачи Фрииса. Численный анализ показал, что уровень принимаемой мощности варьируется от примерно −140 дБм (для сценариев с использованием низких околоземных орбит − LEO) до −232 дБм (для геостационарной орбиты − GEO), оставаясь при этом значительно ниже как порога активации ректенны, так и уровня теплового шума в реальных условиях эксплуатации.

1. Popović Z. Cut the Cord: Low-Power Far-Field Wireless Powering / Z. Popović // IEEE Microwave Magazine. – 2013. – Vol. 14, Iss. 2. – P. 55–62.

2. Aboualalaa M. Rectenna systems for RF energy harvesting and wireless power transfer / M. Aboualalaa, H. Elsadek // Recent Wireless Power Transfer Technologies. – London: IntechOpen, 2020. – URL: https://doi.org/10.5772/intechopen.89674 [Accessed 20th August 2026].

3. Shinohara N. Wireless Power Transfer via Radiowaves / N. Shinohara. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2014. – 254 p.

4. Brown W.C. The history of power transmission by radio waves / W.C. Brown // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1984. – Vol. 32, Iss. 9. – P. 1230–1242.

5. Report ITU-R SM.2392-0. Applications of wireless power transmission via radio frequency beam / International Telecommunication Union. – Geneva: ITU, 2016. – 31 p.

6. Wireless charging technologies: Fundamentals, standards, and network applications / X. Lu, P. Wang, D. Niyato [et al.] // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2016. – Vol. 18, Iss. 2. – P. 1413–1452.

7. Kim S. Wireless power transfer to miniature implants: Transmitter optimization / S. Kim, J.S. Ho, A.S.Y. Poon // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2012. – Vol. 60, Iss. 10. – P. 4838–4845.

8. Fundamentals of Wireless Information and Power Transfer: From RF Energy Harvester Models to Signal and System Designs / B. Clerckx, R. Zhang, R. Schober [et al.] // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. – 2019. – Vol. 37, Iss. 1. – P. 4–33.

9. Recycling ambient microwave energy with broad-band rectenna arrays / J.A. Hagerty, F.B. Helmbrecht, W.H. McCalpin [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2004. – Vol. 52, Iss. 3. – P. 1014–1024.

10. Huang Y. Antennas: From Theory to Practice / Y. Huang. – 2nd ed. – Chichester: John Wiley & Sons, 2021. – 544 p.

11. McSpadden J.O. Space solar power programs and microwave wireless power transmission technology / J.O. McSpadden, J.C. Mankins // IEEE Microwave Magazine. – 2002. – Vol. 3, Iss. 4. – P. 46–57.

12. Bi S. Wireless powered communication: Opportunities and challenges / S. Bi, Ch.K. Ho, R. Zhang // IEEE Communications Magazine. – 2015. – Vol. 53, Iss. 4. – P. 117–125.

13. Collado A. Conformal hybrid solar and electromagnetic (EM) energy harvesting rectenna / A. Collado, A. Georgiadis // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2013. – Vol. 60, Iss. 8. – P. 2225–2234.

14. Balanis C.A. Antenna Theory: Analysis and Design / C.A. Balanis. – 4th ed. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2016. – 1104 p.